基于悬浮技术的航天器十二自由度全物理模拟装置制造方法及图纸

公开了基于悬浮技术的航天器十二自由度全物理模拟装置，属于航天器运动模拟系统技术领域。本发明专利技术的航天器十二自由度全物理模拟装置包括基座、以及设置在基座上的两个航天模拟器。通过基于气浮技术采用气浮平台和二维气浮转台，能够模拟航天器在外太空中微干扰力矩中的运行环境；通过使气浮平台能够在基座上自由平动、使气浮运动滑台能够沿气浮导轨往复滑动，能够模拟航天器的轨道平动；通过使气浮平台能够绕垂直于基座的方向转动，并在气浮运动滑台上设置二维气浮转台，能够模拟航天器的姿态运动。本发明专利技术能够实现航天器十二自由度全物理模拟，结构简单、便于安装拆卸，并且模拟运动范围大、精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航天器运动模拟系统
，特别涉及一种基于悬浮技术的航天器十二自由度全物理模拟装置。
技术介绍
以下对本专利技术的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本专利技术的现有技术。空间飞行器的交会对接、悬停分离等相对运动技术复杂，由于所处环境特殊，需要保证其可靠性和精度，因此必须在地面进行仿真。尽管自上世纪60年代以来，各国纷纷建立各自的空间交会对接仿真系统，但目前能够实现12自由度全物理仿真的研究还不多见。申请号为201310547320.4的中国专利提供了一种空间飞行器交会对接多自由度半物理仿真方法及其装置，这是比较常见的交会对接仿真装置的设计方法，基于电机驱动、齿轮齿条床身等机构实现运动模拟，采用一个三自由度转台和一个三自由度平动运动模拟器共同模拟目标飞行器的运动，这种试验属于半物理仿真的模拟，是基于动力学、运动学计算的模拟，还不能真实的反应航天器在太空中的运行状态。为了真实的模拟航天器在太空中的运行状态，尤其是微干扰力矩的动力学环境的模拟，可以采用基于气浮技术的模拟方法，三轴气浮台是航天器姿态控制系统全物理仿真的关键装置，用于在全物理仿真实验中检验卫星控制系统的性能，是空间飞行器研制过程中的重要手段和方法。通常三轴气浮台基于球轴承构建，球轴承依靠压缩空气形成高压气膜将模拟台体浮起，模拟卫星外太空中微干扰力矩的运行环境。但这种方法还是只能实现航天器在微干扰力矩环境中姿态运动或者说转动运动的模拟，不能实现轨道或者说平动方向的运动模拟。现有技术要么是半物理仿真技术，是基于动力学、运动学计算的模拟，还不能真实的反应航天器在太空中的运行状态。要么是只能实现航天器在微干扰力矩环境中姿态运动或者说转动运动的模拟，不能实现轨道或者说平动方向的运动模拟。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出基于悬浮技术的航天器十二自由度全物理模拟装置，能够在地面完成航天器转动、平动十二自由度的全物理模拟，实现航天器在太空中微干扰力矩的动力学环境的地面模拟。本专利技术基于悬浮技术的航天器十二自由度全物理模拟装置，包括：基座，以及设置在基座上的两个航天模拟器；其中，航天模拟器包括：能够在基座上自由平动、且绕垂直于基座的方向转动的气浮平台，以及设置在气浮平台上的平台气瓶组及气路控制机构、竖梁、气浮导轨、气浮轴承副、气浮运动滑台、二维气浮转台、力传感器、钢丝绳、电机及其控制器、转台气瓶组及气路控制机构；其中，竖梁垂直地设置在气浮平台上，其下端与气浮平台连接，上端与气浮轴承副连接；竖梁上设置气浮导轨；电机及其控制器与气浮运动滑台分别设置在竖梁的两侧；气浮运动滑台能够沿气浮导轨往复滑动，其一侧与气浮导轨相对，另一侧与二维气浮转台连接；钢丝绳穿过气浮轴承副，其一端与电机及其控制器的输出轴连接，另一端与气浮导轨上的气浮运动滑台连接；力传感器串联在钢丝绳上，用于检测钢丝绳的张紧力并发送给电机及其控制器；电机及其控制器根据力传感器发送的张紧力控制钢丝绳对气浮运动滑台的拉力恒定。优选地，平台气瓶组及气路控制机构用于：给气浮平台供气，使其能够在基座上自由平动、且绕垂直于基座的方向转动；给气浮导轨供气，使二维气浮转台悬浮在气浮导轨上。优选地，本专利技术的航天器十二自由度全物理模拟装置进一步包括：设置在气浮平台上的仿真载荷，用于模拟航天器的飞行载荷。优选地，气浮导轨固定或可拆卸的设置在竖梁上，气浮运动滑台通过气流悬浮在气浮导轨上。优选地，气浮导轨具有上大下小的梯形横截面，气浮运动滑台的横截面上具有上大下小的梯形凹槽，气浮运动滑台的凹槽与气浮导轨形状配合。优选地，二维气浮转台包括：转接环、运动支撑框架、外环气浮轴承副和外环、内环气浮轴承副和内环、仪表平台；其中，运动支撑框架设置在转接环上，外环通过外环气浮轴承副转动地设置在运动支撑框架内，外环的转动轴与转接环所在平面垂直；内环气浮轴承副设置在外环上，内环的一端与内环气浮轴承副连接，另一端与仪表平台连接，内环气浮轴承副的转动轴与外环气浮轴承副的转动轴垂直；仪表平台能够在内环气浮轴承副的驱动作用下围绕内环气浮轴承副的转动轴转动。优选地，仪表平台设置在运动支撑框架的背对于转接环的一侧；内环的一端与内环气浮轴承副连接，另一端伸出至运动支撑框架外侧与仪表平台连接。优选地，仪表平台具有开头朝下的凹腔，运动支撑框架、外环和内环嵌含在仪表平台的凹腔内。优选地，运动支撑框架为∪型框架，或者敞口的矩形箱。优选地，内环为包括至少一根内环轴的线性结构，或者内环为矩形或圆环形框架，或者内环为矩形或圆环形平面板。本专利技术基于悬浮技术的航天器十二自由度全物理模拟装置包括基座、以及设置在基座上的两个航天模拟器。通过基于气浮技术采用气浮平台和二维气浮转台，能够模拟航天器在外太空中微干扰力矩中的运行环境；通过使气浮平台能够在基座上自由平动、使气浮运动滑台能够沿气浮导轨往复滑动，能够模拟航天器的轨道平动；通过使气浮平台能够绕垂直于基座的方向转动，并在气浮运动滑台上设置二维气浮转台，能够模拟航天器的姿态运动。本专利技术能够实现航天器十二自由度全物理模拟，结构简单、便于安装拆卸，并且模拟运动范围大、精度高。附图说明通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本专利技术的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：图1是本专利技术优选实施例中航天器十二自由度全物理模拟装置的结构示意图；图2是本专利技术优选实施例中气浮导轨、气浮运动滑台和二维气浮转台的结构示意图；图3是本专利技术优选实施例中二维气浮转台的结构示意图；图中，1、基座，20航天模拟器，2、气浮平台3、平台气瓶组及气路控制机构，4、竖梁，5、气浮导轨，6、气浮轴承副，7、气浮运动滑台，8、二维气浮转台，9、力传感器，10、钢丝绳，11、电机及其控制器，12、仿真载荷，13、转台气瓶组及气路控制机构。具体实施方式下面参照附图对本专利技术的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本专利技术及其应用或用法的限制。如图1所示，本专利技术基于悬浮技术的航天器十二自由度全物理模拟装置，包括：基座1，以及设置在基座1上的两个航天模拟器20；其中，航天模拟器20包括：能够在基座1上自由平动、且绕垂直于基座1的方向转动的气浮平台2，以及设置在气浮平台2上的平台气瓶组及气路控制机构3、竖梁4、气浮导轨5、气浮轴承副6、气浮运动滑台7、二维气浮转台8、力传感器9、钢丝绳10、电机及其控制器11、转台气瓶组及气路控制机构13；其中，竖梁4垂直地设置在气浮平台2上，其下端与气浮平台2连接，上端与气浮轴承副6连接；竖梁4上设置气浮导轨5；电机及其控制器11与气浮运动滑台7分别设置在竖梁4的两侧；气浮运动滑台7能够沿气浮导轨5往复滑动，其一侧与气浮导轨5相对，另一侧与二维气浮转台8连接；钢丝绳10穿过气浮轴承副6，其一端与电机及其控制器11的输出轴连接，另一端与气浮导轨5上的气浮运动滑台7连接；力传感器9串联在钢丝绳10上，用于检测钢丝绳10的张紧力并发送给电机及其控制器11；电机及其控制器11根据力传感器9发送的张紧力控制钢丝绳10对气浮运动滑台7的拉力恒定。气浮平台2能够在基座1上自由平动，由于气浮平台2是依靠压缩空气形成的高压气膜浮起在基座1上方的，相当于模拟了航天器水平面内自由平动两个自由度方向的微摩擦环境本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于悬浮技术的航天器十二自由度全物理模拟装置，包括：基座(1)，以及设置在基座(1)上的两个航天模拟器(20)；其特征在于，航天模拟器(20)包括：能够在基座(1)上自由平动、且绕垂直于基座(1)的方向转动的气浮平台(2)，以及设置在气浮平台(2)上的平台气瓶组及气路控制机构(3)、竖梁(4)、气浮导轨(5)、气浮轴承副(6)、气浮运动滑台(7)、二维气浮转台(8)、力传感器(9)、钢丝绳(10)、电机及其控制器(11)、转台气瓶组及气路控制机构(13)；其中，竖梁(4)垂直地设置在气浮平台(2)上，其下端与气浮平台(2)连接，上端与气浮轴承副(6)连接；竖梁(4)上设置气浮导轨(5)；电机及其控制器(11)与气浮运动滑台(7)分别设置在竖梁(4)的两侧；气浮运动滑台(7)能够沿气浮导轨(5)往复滑动，其一侧与气浮导轨(5)相对，另一侧与二维气浮转台(8)连接；钢丝绳(10)穿过气浮轴承副(6)，其一端与电机及其控制器(11)的输出轴连接，另一端与气浮导轨(5)上的气浮运动滑台(7)连接；力传感器(9)串联在钢丝绳(10)上，用于检测钢丝绳(10)的张紧力并发送给电机及其控制器(11)；电机及其控制器(11)根据力传感器(9)发送的张紧力控制钢丝绳(10)对气浮运动滑台(7)的拉力恒定。...

【技术特征摘要】
1.基于悬浮技术的航天器十二自由度全物理模拟装置，包括：基座(1)，以及设置在基座(1)上的两个航天模拟器(20)；其特征在于，航天模拟器(20)包括：能够在基座(1)上自由平动、且绕垂直于基座(1)的方向转动的气浮平台(2)，以及设置在气浮平台(2)上的平台气瓶组及气路控制机构(3)、竖梁(4)、气浮导轨(5)、气浮轴承副(6)、气浮运动滑台(7)、二维气浮转台(8)、力传感器(9)、钢丝绳(10)、电机及其控制器(11)、转台气瓶组及气路控制机构(13)；其中，竖梁(4)垂直地设置在气浮平台(2)上，其下端与气浮平台(2)连接，上端与气浮轴承副(6)连接；竖梁(4)上设置气浮导轨(5)；电机及其控制器(11)与气浮运动滑台(7)分别设置在竖梁(4)的两侧；气浮运动滑台(7)能够沿气浮导轨(5)往复滑动，其一侧与气浮导轨(5)相对，另一侧与二维气浮转台(8)连接；钢丝绳(10)穿过气浮轴承副(6)，其一端与电机及其控制器(11)的输出轴连接，另一端与气浮导轨(5)上的气浮运动滑台(7)连接；力传感器(9)串联在钢丝绳(10)上，用于检测钢丝绳(10)的张紧力并发送给电机及其控制器(11)；电机及其控制器(11)根据力传感器(9)发送的张紧力控制钢丝绳(10)对气浮运动滑台(7)的拉力恒定。2.如权利要求1所述的航天器十二自由度全物理模拟装置，其特征在于，平台气瓶组及气路控制机构(3)用于：给气浮平台(2)供气，使其能够在基座(1)上自由平动、且绕垂直于基座(1)的方向转动；给气浮导轨(5)供气，使二维气浮转台(8)悬浮在气浮导轨(5)上。3.如权利要求1所述的航天器十二自由度全物理模拟装置，其特征在于，进一步包括：设置在气浮平台(2)上的仿真载荷(12)，用于模拟航天器的飞行载荷。4.如权利要求3所述的航天器十二自由度全物理模拟装置，其特征在于，气浮导轨(5)固定或可拆卸的设置在竖梁(4)上，气浮运动滑台(7)通过气流悬浮...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉，夏红伟，王常虹，马广程，张大力，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，哈尔滨工大瑞驰高新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23