悬挂式重力补偿吊点位置确定方法技术

本发明专利技术提供了悬挂式重力补偿吊点位置确定方法，属于仿真实验领域，包括以下步骤，S1、确定所需重力补偿设备及工装的质量；S2、确定工装重心与回转中心连线和设备重心与回转中心连线之间的夹角θ

【技术实现步骤摘要】
悬挂式重力补偿吊点位置确定方法
本专利技术属于仿真实验领域，涉及悬挂式重力补偿吊点位置确定方法。
技术介绍
随着我国航天产业的快速发展，航天器微低重力地面模拟仿真试验，是其在轨有效运行的重要保证，试验设备精度的高低将直接影响到航天器地面试验的精度，从而影响航天器在轨效能。悬挂式重力补偿系统作为航天器地面微低重力模拟试验的关键设备，其用途是为了减小或消除地心引力作用在设备竖直方向的重力分量。但针对航天器地面模拟运动范围越来越广，重力卸载精度越来越高，目前传统的悬挂式重力补偿设计方法采用逼近式原则，通过多次试验的方式，寻找整体系统的最佳吊点。该悬挂方式存在严重弊端。首先采用逼近式方法，增加了试验准备时间，延长试验周期，并且在逼近过程中，由于装调次数多，系统的人为风险事故率将显著提高。其次逼近式方法无法确定实际重力补偿值，为此较难保证重力补偿精度。最关键的一点，由于地面仿真试验一般进行动态模拟仿真试验，逼近法只能满足某一特征点重力补偿，当系统处于动态仿真工况下，将无法保证重力卸载精度。传统悬挂方式采取重心点悬挂，未精确考虑工装对悬吊精度影响，面对高精度动态地面仿真试验，由于引入工装质量，导致其悬吊点与实际质心出现偏差，在动态工况下，极易产生补偿失效现象，从而降低重力补偿精度，进而影响航天器地面仿真准确性及可靠性。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是在于提供悬挂式重力补偿吊点位置确定方法，精确的计算出重力补偿吊点位置及补偿值，保证航天器地面仿真整体试验过程中，重力补偿精度满足技术指标要求，缩短了试验准备时间，缩短试验周期，极大降低人为风险事故。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：悬挂式重力补偿吊点位置确定方法，包括以下步骤，S1、确定所需重力补偿设备及工装的质量；S2、确定工装重心与回转中心连线和设备重心与回转中心连线之间的夹角θ1；S3、确定悬吊点与回转中心连线和设备重心与回转中心连线θ1；S4、计算回转中心到悬吊点长度l及外界施加力F，根据如下公式；其中，m1表征工装质量；R表征工装重心至回转中心距离；θ1表征两连线夹角，即工装重心与回转中心连线和设备重心与回转中心连线；F表征外界对整体系统的作用力；I表征悬吊点至旋转中心距离；θ2表征两连线夹角，即悬吊点与回转中心连线和设备重心与回转中心连线；m0表征设备质量；g表征设备当前位置重力加速度；r表征设备重心至回转中心距离；k为工况状态下，相对地球引力的系数，n为0或1，在无重力或微重力下是0，在地球引力状态下是1；S5、根据θ1、l和F确定悬吊点位置及重力补偿量；S6、根据步骤S5的结果，在悬吊点上施加恒力，确保航天产品处于微重力环境。进一步的，在步骤S4中的公式为悬挂式微低重力补偿设备悬挂力与悬挂角度函数关系式，通过推导可得出θ1与θ2之间的关系如下：通过θ1与θ2之间的关系进一步精确悬挂点的角度。进一步的，模拟微低重力情况下，无需设备工装，且设备整体重力为地球重力的动力学方程如下：J0表征设备的转动惯量；表征设备绕其转动轴转动的角加速度；T表征设备自身可产生的转动力矩，θ表征设备当前角度；表征设备在微低重力情况下所拥有的重力；模拟微低重力情况下，设备运动特性，需添加设备工装及拉力，来抵消设备多余重力，可建立动力学方程如下：J1表征工装转动惯量；工装件转动惯量相对于设备小到可忽略，公式四和公式五的右边等同，进一步的，公式六简化如公式7所示，进一步的，作为悬挂式微低重力补偿机构核心部分，即在设备转动至任意位置情况下，即θ为任意值，微重力F为恒定值，为满足这一准则，公式七可简化为公式8和公式9，m1gRsinθ1＝Flsinθ2公式八；通过公式八的变形可得出公式一，通过公式九的变形可得出公式二，即确定l与F的大小，进行重力补偿。与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果如下。1、本专利技术在进行航天器地面微低重力模拟仿真试验中，采用悬挂式重力补偿方式，精确的计算出重力补偿吊点位置及补偿值，保证航天器地面仿真整体试验过程中，重力补偿精度满足技术指标要求，缩短了试验准备时间，缩短试验周期，极大降低人为风险事故；2、可提供悬挂式重力补偿吊点设计方法，采用理论计算的方法，准确辨识悬吊点及重力卸载力之间的关系，使航天器单自由度转动情况下，始终处于稳定的重力卸载环境使航天器重力卸载仅需进行一次安装，解决反复安装的复杂性，降低操作风险，提高重力卸载效率。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术悬挂式重力补偿吊点位置确定方法的补偿机理示意图。附图说明：1、外界对整体系统的作用力F；2、悬吊点至旋转中心距离l；3、设备自身可产生的转动力矩T，4、设备回转中心；5、设备重心至回转中心距离r；6、设备重力m0g；7、设备重心；8、工装重心与设备重心分别到回转中心连线的夹角θ1；9、悬吊点与设备重心分别到回转中心连线的夹角θ2；10、工装重心至回转中心距离R；11、工装重力m1g；12、工装重心；13、悬吊点。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为相对的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。下面对本专利技术的具体实施例做详细说明。如图1所示，悬挂式重力补偿吊点位置确定方法，包括以下步骤，S1、确定所需重力补偿设备及工装的质量，重力补偿设备即被卸载重力的对象，也就是需要模拟真空试验的工件或者零件，工装即对工件进行吊装和悬挂用的设备，工装的类型在本申请中不做具体的限定，只要能实现工件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.悬挂式重力补偿吊点位置确定方法，其特征在于：包括以下步骤，/nS1、确定所需重力补偿设备及工装的质量；/nS2、确定工装重心与回转中心连线和设备重心与回转中心连线之间的夹角θ

【技术特征摘要】
1.悬挂式重力补偿吊点位置确定方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、确定所需重力补偿设备及工装的质量；
S2、确定工装重心与回转中心连线和设备重心与回转中心连线之间的夹角θ1；
S3、确定悬吊点与回转中心连线和设备重心与回转中心连线θ2；
S4、计算回转中心到悬吊点长度l及外界施加力F，根据如下公式；






其中，m1表征工装质量；R表征工装重心至回转中心距离；θ1表征两连线夹角，即工装重心与回转中心连线和设备重心与回转中心连线；F表征外界对整体系统的作用力；I表征悬吊点至旋转中心距离；θ2表征两连线夹角，即悬吊点与回转中心连线和设备重心与回转中心连线；m0表征设备质量；g表征设备当前位置重力加速度；r表征设备重心至回转中心距离；k为工况状态下，相对地球引力的系数，n为0或1，在无重力或微重力下是0，在地球引力状态下是1；
S5、根据θ2、l和F确定悬吊点位置及重力补偿量；
S6、根据步骤S5的结果，在悬吊点上施加恒力，确保航天产品处于微重力环境。


2.根据权利要求1所述的悬挂式重力补偿吊点位置确定方法，其特征在于：在步骤S4中的公式为悬挂式微低重力补偿设备悬挂力与悬挂角度函数关系式，通过推导可得出θ1与θ2之间的关系如下：



通过θ1与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利桐，徐义奇，贾永，李鹏，
申请(专利权)人：天津航天机电设备研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12