大型重载气浮悬挂展开试验装置与测试方法与流程

[0001]
本发明涉及卫星展开试验装置，具体地，涉及大型重载气浮悬挂展开试验装置与测试方法，更为具体地，涉及大型重载气浮悬挂展开试验原理与测试方法，适用于大型sxx天线、太阳电池阵等空间展开机构。


背景技术：

[0002]
为了保证卫星展开机构在轨展开的可靠性，所有展开机构均需在地面模拟在轨展开状态进行展开试验，以考核展开机构压紧释放装置的压紧和释放功能、展开机构的展开和锁定功能。大型重载空间展开机构地面展开试验的主要目的为：
[0003]
考核展开机构结构和机构的协调性以及展开功能的可靠性、稳定性；
[0004]
检验展开机构结构与机构部分各向指标与总体技术要求的符合性；
[0005]
现有的展开试验方式主要分气浮法、悬挂法、气浮+悬挂法三种方式。气浮展开方式通过管路对展开机构气浮垫组件供以一定气压的气体，在气浮垫组件和气浮平台之间形成气膜，产生稳定的作用力来平衡重力，来模拟在轨无重力展开试验和收拢；竖直悬挂展开方式通过吊挂系统平衡竖直方向的重力，同时吊点沿导轨水平运动，展开过程中扭簧的驱动力矩沿水平方向，避免了与竖直方向的重力相耦合。
[0006]
气浮+悬挂法是针对某些重载的机构采用底部大理石气浮法+顶部吊挂法相结合的形式来对产品进行重力卸载，可在一定程度减小展开过程的阻力，保证产品的稳定性。
[0007]
但是，对于某些大型重载空间展开机构的地面展开试验，其卫星结构布局紧凑，底部支撑空间狭小，无法采用传统气浮支撑方式，且新型sxx天线或太阳电池阵尺寸大，载荷重，采用传统滑车悬挂方式展开摩擦阻力，从而影响机构展开锁定性能，并且影响天线展开精度。
[0008]
针对以上问题，本发明涉及一种大型重载气浮悬挂展开试验原理与测试方法，该方法避免了传统气浮支撑的局限性和传统吊挂带来的展开摩擦阻力，提高了机构展开精度，保证了有效载荷重复展开的稳定性，满足了大型重载机构地面展开试验的要求。
[0009]
经对国内外展开机构地面展开技术的文献检索发现，目前还没有检索到大型重载气浮悬挂展开试验原理与测试方法的相关内容。
[0010]
专利文献cn103538733b(申请号：201310436356.5)公开了一种气浮悬挂式三维展开试验装置，包括：四个x方向气浮运动机构、六个y方向气浮运动机构、六个z方向配重机构和支撑框架，支撑框架上设置有两个x方向导轨和两个y方向导轨，两个x方向导轨平行设置，四个x方向气浮运动机构两个一组分别套接至对应的x方向导轨，y方向导轨的两端分别连接至位于两个x方向导轨上位置相对的x方向气浮运动机构，六个y方向气浮运动机构三个一组分别套接至对应的y方向导轨，六个z方向配重机构与六个y方向气浮运动机构一一对应，分别连接至相对应的y方向气浮运动机构的下方。


技术实现要素：

[0011]
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大型重载气浮悬挂展开试验装置与测试方法。
[0012]
根据本发明提供的一种大型重载气浮悬挂展开试验装置，包括：气浮导轨装置、气管随动装置、悬挂架和悬挂装置；
[0013]
所述气管随动装置沿着气浮导轨装置中气浮导轨外侧和上方分布，并与气浮导轨两端安装块连接，每根气浮导轨均安装一套气管随动装置；
[0014]
所述气浮导轨装置设置在所述悬挂架上；所述悬挂装置与所述气浮导轨装置连接；
[0015]
所述气浮导轨装置采用气体静压效应原理模拟在轨微重力环境，为大型载荷天线提供近零摩擦力的展开试验环境；
[0016]
所述悬挂装置采用吊挂平衡式重力补偿法补偿载荷天线的实际质量。
[0017]
优选地，所述气浮导轨装置包括：气浮长导轨滑块、气浮长导轨、气浮短导轨和气浮短导轨滑块；
[0018]
两根平行的气浮长导轨上镜像设有预设个气浮长导轨滑块；所述气浮短导轨通过所述气浮长导轨滑块连接；
[0019]
所述气浮短导轨上中点位置设有所述气浮短导轨滑块。
[0020]
优选地，所述气浮导轨装置通过气浮导轨与气浮滑块相结合的形式，由气浮滑块顶部及四周气浮垫通气后所形成的均压刚性气膜，实现重载下的无摩擦二维运动。
[0021]
优选地，所述悬挂装置与所述气浮导轨装置进行刚柔耦合连接；通过地面拉力传感器进行吊挂力实时监控，实现对载荷天线的实际重力补偿。
[0022]
优选地，所述悬挂装置包括：导轨安装板、调节组件、拉力传感器、上部横梁、高刚度弹簧、质心调节器、悬挂横梁和天线连接杆；
[0023]
所述导轨安装板与所述气浮短导轨滑块连接；所述导轨安装板与所述调节组件连接；所述调节组件与所述拉力传感器连接、所述拉力传感器与所述上部横梁连接；所述上部横梁与所述高刚度弹簧连接；所述高刚度弹簧与所述质心调节器连接；所述质心调节器与所述悬挂横梁连接；所述悬挂横梁与多个所述天线连接杆连接。
[0024]
优选地，所述悬挂架包括顶部预设数量拼接模块和预设数量支撑腿。
[0025]
优选地，所述气管随动装置包括钢丝绳连接杆、钢丝绳、气管和气管连接环；所述钢丝绳连接杆安装在气浮长、短导轨两端的安装块上，处于竖直状态；所述钢丝绳连接杆顶部设有环扣，所述钢丝绳通过所述环扣进行拉直固定；所述多个气管连接环悬挂在所述钢丝绳上，所述气管穿进各个气管连接环内，保证气管不会垂荡。
[0026]
根据本发明提供的一种大型重载气浮悬挂展开测试方法，运用上述所述大型重载气浮悬挂展开试验装置执行如下步骤：
[0027]
步骤m1：将悬挂架进行对接安装并移至展开工位；
[0028]
步骤m2：将气浮长导轨吊装至悬挂架上，调节长导轨的直线度、水平度、平行度和导轨间距；
[0029]
步骤m3：将气浮短导轨吊装至气浮长导轨上，调节气浮短导轨的水平度；
[0030]
步骤m4：安装完成后，进行模拟配重试验，单点进行多次预设重量的负载试验，并
记录气浮导轨运行状态和不同承载下的摩擦力大小，使摩擦力大小满足预设要求；
[0031]
步骤m5：将吊挂装置安装至每组气浮短导轨下方；
[0032]
步骤m6：将卫星移至展开工位，进行姿态调整，并满足预设指标要求；
[0033]
步骤m7：将吊挂装置和天线板对接装调，进行质心调整及重力卸载；
[0034]
步骤m8：对卫星姿态进行复测调整使卫星姿态在满载状态下满足预设指标要求；
[0035]
步骤m9：进行天线试验测试。
[0036]
优选地，所述气浮导轨采用激光跟踪仪进行水平度、直线度、平行度和长导轨间距测量。
[0037]
优选地，所述步骤m9包括：对天线试验进行测试，包括考核天线展开锁定性能、天线展开时间和展开后的各项精测。
[0038]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0039]
1、本发明利用气体静压原理、平衡吊挂式重力补偿原理，实现了大型重载气浮悬挂展开试验过程中的高卸载精度、近零摩擦力的试验要求，打破了传统的展开方式，避免了传统气浮支撑的局限性和传统吊挂带来的展开摩擦阻力，提高了机构展开精度，保证了有效载荷重复展开的稳定性。
[0040]
2、本发明可满足多个型号多种类型的载荷天线的测试试验，可适应多工况不同设计要求下的展开试验，提高了工作效率，满足了型号任务要求。
附图说明
[0041]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0042]
图1为气浮导轨装置结构示意图；
[0043]
图2为气管随动装置结构示意图；
[0044]
图3为刚柔耦合悬挂装置结构示意图；
[0045]
图4为气浮悬挂系统原理图；
[0046]
图5为气浮悬挂展开试验系统图；
[0047]
图6为气浮悬挂展开试验流程图；
[0048]
图中，1为气浮导轨装置，2为悬挂架，3为机构控制台，4为sxx天线，5为配气柜，6为吊挂装置，7为气管随动装置。
具体实施方式
[0049]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0050]
实施例1
[0051]
本发明针对现有技术的不足，提出了大型重载气浮悬挂展开试验原理与测试方法，本方法适用于大型sxx天线、太阳电池阵等空间展开机构。
[0052]
大型重载气浮悬挂展开试验原理与方法，其原理采用气体静压原理和平衡吊挂式
重力补偿原理。为减小大型sxx天线地面展开过程阻力，提高展开过程卸载精度，采用气体静压原理来构建地面近零摩擦试验环境，模拟在轨微重力展开，采用平衡吊挂式重力补偿法来补偿载荷天线的实际质量，提高地面展开试验时的卸载精度。其测试方法可初步通过模拟配重法对气浮导轨进行模拟运行测试，最终与产品结合，通过测试sxx天线的展开及锁定性能来验证大型重载气浮悬挂法的可行性与应用效果。
[0053]
根据本发明提供的一种大型重载气浮悬挂展开试验装置，如图1至图6所示，包括：气浮导轨装置、气管随动装置、悬挂架和悬挂装置；
[0054]
所述气管随动装置沿着气浮导轨装置中气浮导轨外侧和上方分布，并与气浮导轨两端安装块连接，每根气浮导轨均安装一套气管随动装置；
[0055]
所述气浮导轨装置设置在所述悬挂架上；所述悬挂装置与所述气浮导轨装置连接；
[0056]
所述气浮导轨装置采用气体静压效应原理和平衡吊挂式重力补偿原理，模拟在轨微重力环境，为大型载荷天线提供近零摩擦力的展开试验环境，进行大型载荷天线地面微重力展开试验验证；
[0057]
所述悬挂装置采用吊挂平衡式重力补偿法补偿载荷天线的实际质量。
[0058]
具体地，所述气浮导轨装置包括：气浮长导轨滑块、气浮长导轨、气浮短导轨和气浮短导轨滑块；
[0059]
两根平行的气浮长导轨上镜像设有预设个气浮长导轨滑块；所述气浮短导轨通过所述气浮长导轨滑块连接；气浮长导轨滑块是装配在气浮长导轨上，通气后可自由滑动。
[0060]
所述气浮短导轨上中点位置设有所述气浮短导轨滑块。
[0061]
具体地，所述气浮导轨装置通过气浮导轨与气浮滑块相结合的形式，由气浮滑块顶部及四周气浮垫通气后所形成的均压刚性气膜，实现重载下的无摩擦二维运动。均压刚性气膜可负载载荷天线实际质量(400kg)，最大负载可达600kg；长导轨气浮滑块顶部+两侧+底部共5面有气浮垫，气浮短导轨滑块顶部+两侧共3面有气浮垫。
[0062]
具体地，所述平衡吊挂式重力补偿原理是通过刚柔耦合吊挂涉及，悬挂装置与所述气浮导轨装置进行刚柔耦合连接；配以高精度拉力传感器和高刚度拉簧，其卸载精度优于1％，可在天线展开过程中自适应吊挂力的波动，并能通过地面设备进行吊挂力实时监控，实现对载荷天线的实际重力补偿；
[0063]
通过地面拉力传感器进行吊挂力实时监控，实现对载荷天线的实际重力补偿。通过吊挂连接位置处的拉力传感器进行实时吊挂力调节卸载，结合地面拉力传感器显示器进行力的显示以及精确调整。
[0064]
具体地，所述悬挂装置包括：导轨安装板、调节组件、拉力传感器、上部横梁、高刚度弹簧、质心调节器、悬挂横梁和天线连接杆；
[0065]
所述导轨安装板与所述气浮短导轨滑块底面通过螺钉连接；所述导轨安装板与所述调节组件连接；所述调节组件与所述拉力传感器连接、所述拉力传感器与所述上部横梁连接；所述上部横梁与所述高刚度弹簧连接；所述高刚度弹簧与所述质心调节器连接；所述质心调节器与所述悬挂横梁连接；所述悬挂横梁与多个所述天线连接杆连接。
[0066]
具体地，所述悬挂架包括顶部预设数量拼接模块和预设数量支撑腿，如图5所示，虚线框中表示4组长方体结构为4组拼接模块，下方为8组支撑腿。
[0067]
具体地，所述气管随动装置包括钢丝绳连接杆、钢丝绳、气管和气管连接环；所述钢丝绳连接杆安装在气浮长、短导轨两端的安装块上，处于竖直状态；所述钢丝绳连接杆顶部设有环扣，所述钢丝绳通过所述环扣进行拉直固定；所述多个气管连接环悬挂在所述钢丝绳上，所述气管穿进各个气管连接环内，保证气管不会垂荡。
[0068]
根据本发明提供的一种大型重载气浮悬挂展开测试方法，运用上述所述大型重载气浮悬挂展开试验装置执行如下步骤：
[0069]
步骤m1：将悬挂架进行对接安装并移至展开工位；
[0070]
步骤m2：将气浮长导轨吊装至悬挂架上，调节长导轨的直线度、水平度、平行度和导轨间距；
[0071]
步骤m3：将气浮短导轨吊装至气浮长导轨上，调节气浮短导轨的水平度；
[0072]
步骤m4：安装完成后，进行模拟配重试验，单点进行多次预设重量的负载试验，并记录气浮导轨运行状态和不同承载下的摩擦力大小，使摩擦力大小满足预设要求；
[0073]
步骤m5：将吊挂装置安装至每组气浮短导轨下方；
[0074]
步骤m6：将卫星移至展开工位，进行姿态调整，并满足预设指标要求；
[0075]
步骤m7：将吊挂装置和天线板对接装调，进行质心调整及重力卸载；
[0076]
步骤m8：对卫星姿态进行复测调整使卫星姿态在满载状态下满足预设指标要求；
[0077]
步骤m9：进行天线试验测试。
[0078]
具体地，所述气浮导轨采用激光跟踪仪进行水平度、直线度、平行度和长导轨间距测量。
[0079]
具体地，所述步骤m9包括：对天线试验进行测试，包括考核天线展开锁定性能、天线展开时间和展开后的各项精测。
[0080]
所述测试方法可初步采用模拟配重法，即选取4组配重块分别施加在4个吊挂点位置，通过进行不同质量(0-600kg)配重的测试，记录各种状态下的气浮运行情况和对应的摩擦力大小，要求400kg下的气浮运动摩擦力小于2n即可满足试验要求。最终结合实际产品进行sxx天线地面展开性能测试，通过观察展开过程sxx天线运行状态、展开后的锁定状态，判断此大型重载气浮悬挂法的可行性和实际应用效果。
[0081]
实施例2
[0082]
实施例2是实施例1的变化例
[0083]
本发明采用气体静压原理和平衡吊挂式重力补偿原理。由于新研卫星中活动部件(sxx天线、太阳电池阵)阵面尺寸显著增大，sxx天线形面精度显著提高，并且重量增大。因此地面悬挂展开时，为减小展开过程阻力，提高展开过程卸载精度，采用气体静压效应原理来模拟在轨微重力环境，为大型载荷天线提供近零摩擦力的展开试验环境。采用吊挂平衡式重力补偿法来补偿载荷天线的实际质量，提高地面展开试验时的卸载精度。
[0084]
气体静压原理为：以sxx天线为例，sxx天线板面竖直放置，在每块sxx天线板上设置1个过质心的吊点，通过顶部气浮长导轨、气浮短导轨、气浮滑块、气管随动装置等建立sxx天线展开时的微重力环境，其展开过程阻力在400kg载荷下不大于2n，满足sxx天线水平方向的二维运动要求。吊挂平衡式重力补偿原理为：通过刚柔耦合吊挂设计，将顶部气浮装置与底部天线进行刚柔耦合连接，配以高精度拉力传感器和高刚度拉簧，其卸载精度可优于1％，并能通过地面设备进行吊挂力实时监控，实现对载荷天线的实际重力补偿，以及对
sxx天线的实际质心位置的调整控制，更好验证产品地面展开及锁定性能。
[0085]
如图图1至图3，以sxx天线气浮悬挂展开试验为例，该试验装置包括：悬挂架、气浮导轨系统、吊挂装置、气管随动装置四大部分。悬挂架主要由顶部4组拼接模块、8组支撑腿组成。气浮导轨系统主要由气浮长导轨、气浮短导轨、气浮滑块、气浮垫以及相应配件组件。吊挂装置主要由重力调节装置、质心调节器、高精度拉力传感器、吊挂力检测装置、高刚度拉簧、天线连接杆等组成。气管随动装置与长短导轨的两端安装板对接，处于导轨上方位置，每根气浮导轨均安装一套气管随动装置，装置主要由钢丝绳连接杆、钢丝绳、气管、气管连接环等组成，气管分布固定在钢丝绳连接环上，可在气浮导轨运行过程中控制气管的走向和防止气管与导轨滑块的干涉。整套试验装置主要采用气浮悬挂法进行sxx天线整星级展开试验。
[0086]
整个试验方法的步骤为：首先将悬挂架进行对接安装并移至展开工位，其次将气浮长导轨吊装至悬挂架上，调节长导轨的直线度、水平度、平行度、导轨间距；再将气浮短导轨吊装至气浮长导轨上，调整其水平度；进行模拟配重试验，单点进行100kg、200kg、300kg、400kg的负载试验，并记录气浮导轨运行状态和不同承载下的摩擦力大小，使其满足摩擦力小于2n的设计要求；将吊挂装置提前安装至每组气浮短导轨下方；将卫星移至展开工位，进行姿态调整，使其满足指标要求；之后将吊挂装置和天线板对接装调，进行质心调整及重力卸载；之后对卫星姿态进行复测调整使其在满载状态下满足指标要求；进行sxx天线展开试验测试，考核sxx天线展开锁定性能、sxx天线展开时间、展开后的各项精测等。
[0087]
进一步的，所述悬挂架刚度与稳定性需满足集中力、分布力载荷的要求，而且具有一定的稳定性要求。
[0088]
进一步的，所述气浮导轨采用激光跟踪仪进行水平度、直线度、平行度、长导轨间距测量，其组合导轨平行度≤0.2mm/4500mm；单根导轨直线度≤0.1mm/4500mm；组合导轨水平度≤0.1mm/4500mm；单根导轨水平度≤0.1mm/2200mm；长导轨间距1800
±
1mm。
[0089]
进一步的，所述气浮导轨与承载试验摩擦力测试，是影响展开过程重复性的重要因素，需对整个系统的展开过程中的摩擦阻力进行分析与测试。采用电子测力计拉动模拟配重，则电子测力计上的示数即为气浮导轨的滑动摩擦力，进行4档配重更换，观察气浮导轨运行状态，最终要求气浮导轨负载400kg下全行程摩擦力小于2n。
[0090]
进一步的，所述卫星的姿态进行空载调整，按照空载状态进行测试调整，要求满足设计指标要求。
[0091]
进一步的，所述sxx天线质量、质心位置调整测试，通过设计文件提供的产品实际质量加上展开工装随动质量，利用拉力传感器对每块板卸载质量实时监测调整，通过调整吊挂装置质心调节器调整质心位置并控制在实际质心
±
0.2mm内。
[0092]
进一步的，所述卫星的姿态进行复测调整，按照满载状态进行测试调整，要求满足设计指标要求。
[0093]
进一步的，所述sxx天线进行展开前状态确认，对气浮悬挂展开工装、机构电缆连接、多余物、星体有无钩挂、厂房气源及供气压力等各项指标进行逐一确认。
[0094]
进一步的，所述sxx天线展开性能测试，通过观察天线展开遥测信号，展开过程有无钩挂、展开是否稳定，展开到位后的铰链锁定性能，可评价sxx天线展开性能满足设计指标要求。
[0095]
进一步的，所述天线展开精度测量，通过摄影测量采取天线阵面靶标点拟合出平面度，用激光跟踪仪可对天线指向精度进行测量。
[0096]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容
[0097]
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
[0098]
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
[0099]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

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