用于太阳翼悬浮测试的空间姿态控制及运动系统的制作方法

[0001]
本实用新型属于太阳翼测试控制领域，具体涉及一种用于太阳翼悬浮测试的空间姿态控制及运动系统。


背景技术：

[0002]
随着载人航天航空事业的发展，航天器的结构日益复杂，航天器所能执行的任务也越发多样化。太阳翼是卫星或航天探测器的主要能量来源，对其性能、运动姿态的测试对航天器的运动性能存在着极大的影响。
[0003]
太空环境是一种无重力无阻力环境，然而在地面进行测试时，重力的影响使得太阳翼无法真实模拟太空环境中的姿态变化和各项性能。为了在地面端对太阳翼进行模拟，需要构造微重力或无重力的环境，而主要的思路是利用设备或测试平台平衡太阳翼的重力。目前，其主要手段如下：1.吊丝配重平衡法；2.水浮法；3.气浮法；4.自由落体法；5.抛物线飞行法等等。
[0004]
吊丝配重平衡法是一种传统的平衡太阳翼重力的方法，其结构简单，操作方便，但机械接触而产生应力集中，破坏应有的振动特性和实际的运动状态。气浮法是一种利用喷气气压使太阳翼悬浮的方法，然而现有关于气浮测试平台的报道较少，而且传统的单面平台的气浮测试平台只能实现太阳翼的悬浮，无法精确彻底对太阳翼的姿态进行调整。
[0005]
在进行太阳翼地面测试中，无论是进行运动轨迹试验，还是对接操作试验，都需要调整其工作空间的位置和姿态，以适应不同的需求，现有技术中无法很好的解决该问题。


技术实现要素：

[0006]
为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种用于太阳翼悬浮测试的空间姿态控制及运动系统，本系统采用局部分级升降，将悬浮和姿态调整分区，在空间上对太阳翼实现凹形包裹，解决了单面平台无法精确彻底的姿态调整难题，并且自由度更高，调整范围更大。
[0007]
本申请的实施例公开了一种用于太阳翼悬浮测试的空间姿态控制及运动系统，包括上平台、下平台、升降平台系统和气浮槽；上平台位于下平台的上方，上平台和下平台的中间区域设有上下对应的开口，上下平台的两个开口通过气浮槽壁面相连，气浮槽壁面所围的区域构成所述的气浮槽；
[0008]
所述的升降平台系统由多圈围绕气浮槽布置的分级升降机构组成；每圈分级升降机构包含若干个相互独立的升降平台；所述的升降平台底部通过分级升降缸固定在下平台上；上平台上开设有供升降平台升降的开窗，所述开窗的形状与升降平台的形状一致；
[0009]
所述的升降平台上布置有多个变向喷气阀。
[0010]
优选的，所述的气浮槽内设有变向板层；所述的变向板层由若干变向板平行排列组成，变向板层水平布置；所述的变向板两端固定在气浮槽壁面上，变向板为可转动的平板。
[0011]
优选的，所述的气浮槽内有上下两层变向板层；上下两层变向板层中的变向板排列方向相互垂直。
[0012]
优选的，所述的每圈分级升降机构均包含4个相互独立的升降平台，外圈分级升降机构包围内圈分级升降机构，最内圈分级升降机构包围气浮槽。
[0013]
优选的，所述的喷气阀包括柔性导管、固定喷嘴、记忆合金组件、激光传感器、丝杆、挡板、进气孔、底座；所述的柔性导管底部与底座相连通，底座设有进气孔，进气孔内设有丝杆和用于控制进气孔开度的挡板，挡板套设在丝杆上可随丝杆转动而升降；柔性导管顶部套设有固定喷嘴，固定喷嘴的外壁面上布置有激光传感器；固定喷嘴与底座之间的柔性导管外壁面上布置有所述的记忆合金组件。
[0014]
优选的，所述的记忆合金组件包括三片均匀安装在柔性导管外壁周向上的记忆合金片，所述记忆合金片的形变方向为柔性导管的轴线方向。三片记忆合金片上缠绕有电加热丝。所述的三片记忆合金片上的加热丝独立供电，记忆合金片在受热状态下伸展；初始状态下弯曲收缩。
[0015]
优选的，同一个升降平台上的喷气阀采用一个气体管道供气，气体管道与各喷气阀的进气孔相连。
[0016]
相比于现有技术，本实用新型具有的有益效果是：
[0017]
首先，本装置采用气浮技术实现太阳翼的悬浮和姿态调整，气浮技术相比传统吊挂，避免了因机械接触而产生应力集中，破坏应有的振动特性和实际的运动状态。
[0018]
其次，以往的装置往往是单面的平台，而本装置采用局部分级升降，将悬浮和姿态调整分区，在空间上对太阳翼实现凹形包裹，解决了单面平台无法精确彻底的姿态调整难题，并且自由度更高，调整范围更大。同时，本装置喷气阀上带有激光传感器，可获取安装在太阳翼节点上的激光发射器发射的信号，根据信号获取太阳翼实时姿态以控制喷气阀喷气大小。
附图说明
[0019]
图1为本实用新型用于太阳翼悬浮测试的空间姿态控制及运动系统的结构示意图；
[0020]
图2为升降平台内气体管道的布置示意图；
[0021]
图3为实施例中升降平台系统及其内分级升降缸的布置平面示意图。
[0022]
图4为变向喷气阀结构示意图；
[0023]
图5为变向喷气阀剖面示意图；
[0024]
图6为气浮槽和变向板的安装示意图。
具体实施方式
[0025]
下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明，但不能以此限定本实用新型的范围。即凡是依本实用新型申请专利范围所作的变化与修饰，皆应仍属于本申请涵盖的范围内。
[0026]
如图1所示，实施例公开了一种用于太阳翼悬浮测试的空间姿态控制及运动系统，其包括上平台1、下平台2、升降平台系统和气浮槽7；上平台1位于下平台2的上方，上平台1
和下平台2的中间区域设有上下对应的开口，上下平台的两个开口通过气浮槽壁面相连，气浮槽壁面所围的区域构成所述的气浮槽7；所述的升降平台系统由多圈围绕气浮槽7布置的分级升降机构组成；每圈分级升降机构包含若干个相互独立的升降平台3；所述的升降平台3底部通过分级升降缸5固定在下平台2上；上平台1上开设有供升降平台3升降的开窗，所述开窗的形状与升降平台的形状一致；所述的升降平台上布置有多个变向喷气阀6。
[0027]
如图1和3所示，所述的每圈分级升降机构均包含4个相互独立的升降平台3，外圈分级升降机构包围内圈分级升降机构，最内圈分级升降机构包围气浮槽。本实施例的分级升降机构共有三圈，每圈分级升降机构的4个升降平台3围成口字型。
[0028]
如图4-5所示，所述的喷气阀6包括柔性导管61、固定喷嘴62、记忆合金组件63、激光传感器65、丝杆66、挡板67、进气孔68、底座69；所述的柔性导管61底部与底座相连通，底座设有进气孔68，进气孔68内设有丝杆66和用于控制进气孔开度的挡板67，挡板67套设在丝杆66上可随丝杆转动而升降；柔性导管61顶部套设有固定喷嘴62，固定喷嘴62的外壁面上布置有激光传感器65；固定喷嘴62与底座69之间的柔性导管外壁面上布置有所述的记忆合金组件63。
[0029]
如图2所示，同一个升降平台上的喷气阀6采用一个气体管道供气，气体管道与各喷气阀6的进气孔68相连。所述的分级升降缸底部设置在下平台上，分级升降缸可升降，从而可控制升降平台的高度。分级升降缸可以为电动推杆、液压推杆或气动推杆。
[0030]
本实施例所述柔性导管可选用橡胶材料。所述的记忆合金组件包括三片均匀安装在柔性导管周向外壁上的记忆合金片，所述记忆合金片的形变方向为柔性导管的轴线方向。
[0031]
所述的三片记忆合金片上缠绕有加热丝。如图4所示，所述的三片记忆合金片上的加热丝独立供电，记忆合金片在通电受热状态下伸展；原始状态下弯曲收缩。本实施例的记忆合金片选用镍钛合金材料，其能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状。采用电加热丝缠绕于记忆合金片上，通过恒定电流激励，使得加热丝发热并将热量传导至记忆合金片使之变形。可通过控制电流大小，在相同时间产生不同热量(热功率为，r为电加热丝，i为电流大小)，控制记忆合金形变程度。可采用三端稳压集成电路lm317组建简单恒流源供电。记忆合金相比于电机等设备的驱动气压阀方向的变化，其驱动速度较慢，完全形变可能需要5、6s的时间，但其极其简单的机械结构、极小的空间占用和较低的成本十分满足本申请的需要。
[0032]
如图6所示，所述的气浮槽7内设有变向板层；所述的变向板层由若干变向板8平行排列组成，变向板层水平布置；所述的变向板8两端固定在气浮槽壁面上，变向板8为可转动的平板。如图6所示，在一个具体实施例中，所述的气浮槽内有上下两层变向板层；上下两层变向板层中的变向板8排列方向相互垂直。变向板8可以调整气浮槽7的开度；在系统不工作时，变向板8可关闭气浮槽。
[0033]
以下对本实施例可以实现的功能做进一步的描述。
[0034]
初始状态：初始状态下升降平台和上平台在同一平面，气浮槽关闭。
[0035]
悬浮工作：气浮槽底部连接风机或高压气泵；打开变向板层至最大开度，对气浮槽进行通气，将太阳翼质心所在区域设置在气浮槽上方；通过调整气体气压使得太阳翼整体处于悬浮状态；其中太阳翼可选用吊装的方式设置在气浮槽上，待悬浮后，可撤去吊装装
置。
[0036]
悬浮稳定后，变向喷气阀6上的激光传感器65检测其与上方太阳翼之间的距离，通过多个变向喷气阀6与太阳翼之间的距离可获得太阳翼的大致姿态。当太阳翼当前姿态需要调整时，控制太阳翼所需抬高区域下方的升降平台分级升降缸5升高，其上的变向喷气阀喷射气体；若需降低太阳翼的高度，则可通过降低气浮槽的气体气压来实现，若某一区域需降低高度且该区域对应的升降平台处于被升高的状态，则也可通过降低升降平台3高度或减小变向喷气阀气压的方式来实现。
[0037]
若太阳翼只需进行悬浮测试和倾斜姿态的调整，无需实现平移运动，则变向喷气阀无需弯曲，其喷射方向朝上，此时采用局部分级升降，外圈的分级升降机构抬高到较高的高度，内圈的的分级升降机构较低，整个系统的升降平台系统和气浮槽在在空间上对太阳翼实现凹形包裹。变向喷气阀喷通过气体气压的调整对太阳翼进行姿态调整，并辅助太阳翼的悬浮，气浮槽主要实现太阳翼的悬浮。此时悬浮和姿态调整分区，从而解决了单面平台无法精确彻底的姿态调整难题，并且自由度更高，调整范围更大。
[0038]
喷气角度控制：通过恒定电流激励，使得加热丝发热并将热量传导至记忆合金片使之变形；通过控制变向喷气阀上三片记忆合金片通电电流的大小，在相同时间产生不同热量，控制记忆合金形变程度。记忆合金63通过形变带动柔性导管61改变固定喷嘴62的方向。另外可微调变向板8的角度，协助喷气阀进行调整。
[0039]
喷气强度控制：挡板67在丝杠66上的升降，改变通过进气孔68的进气量来调整喷气强度。
[0040]
当需要实现太阳翼向右平移调整时；右边的升降平台3调整在同一高度，喷气阀6朝上，只起到气浮作用；左边的升降平台3调整高度，左高右低，喷气阀6朝右，给太阳翼一个向右的力，太阳翼即可实现平移；在平移过程中，也可调整变向板8的角度来辅助太阳翼的运动，但变向板角度调整后，需增大气浮槽的气压弥补应气浮槽开度变小导致的气压压降降低。
[0041]
当要求太阳翼的运动速度较大或者需对太阳翼进行翻转时，可在太阳翼上吊装保险丝，保险丝只起到保护太阳翼的作用，本身不产生拉力。

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