專利名稱：空間飛行器地面模擬試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及試驗裝置，具體為一種空間飛行器地面模擬試驗裝置。
技術(shù)背景在空間飛行器地面模擬試驗時，需要采取措施使被模擬的空間飛行器 全部或部分克服重力，且不引入其它干擾力。較為常用的克服重力的措施有液浮法、氣浮法 和懸掛法。懸掛法就是利用柔性(可彎曲，有彈性)的索將模擬空間飛行器懸掛起來，使模 擬空間飛行器可以在一定的范圍內(nèi)運動，運動包括轉(zhuǎn)動和平動。在目前的懸掛法中，懸掛索 的兩端是分別直接固定在模擬空間飛行器和支撐臺上的。對于這樣的懸掛方式，由于模擬 空間飛行器的轉(zhuǎn)動運動會形成轉(zhuǎn)角使懸掛偏離角度平衡位置，懸掛偏離角度平衡位置會出 現(xiàn)懸掛扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，這個懸掛扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用在模擬空間飛行器上，就會干擾模擬空間飛行器 的精確模擬。由于模擬空間飛行器的平移運動會使懸掛偏離重力平衡位置，懸掛偏離重力 平衡位置會出現(xiàn)懸掛回復(fù)力，這個懸掛回復(fù)力作用在模擬空間飛行器上，就會干擾模擬空 間飛行器的精確模擬。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作方便、使用 靈活、模擬精確度高的空間飛行器地面模擬試驗裝置。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的 在支撐臺上方設(shè)有驅(qū)動機構(gòu)，在支撐臺下方設(shè)有模擬空間飛行器機構(gòu)。由柔性索一端連接 驅(qū)動機構(gòu)、另一端經(jīng)三軸轉(zhuǎn)臺與模擬空間飛行器連接。柔性索的一端與支撐臺上的上層小 車固定連接于柔性索固定點，柔性索的另一端與轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸連接。支撐臺上設(shè)有的驅(qū)動機構(gòu) 有柔性索固定點、上層小車、上層小車驅(qū)動軸、上層小車車輪、上層小車驅(qū)動器、上層小車軌 道、下層小車驅(qū)動軸、下層小車驅(qū)動器、下層小車、下層小車車輪、下層小車軌道，三軸轉(zhuǎn)臺 有轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸、轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)、固定架、內(nèi)軸驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)臺中環(huán)驅(qū)動電機、轉(zhuǎn) 臺中環(huán)。下層小車上方設(shè)有上層小車、上層小車驅(qū)動軸、上層小車車輪、上層小車驅(qū)動器、 上層小車軌道，下層小車下方設(shè)有下層小車車輪、下層小車軌道，模擬空間飛行器上設(shè)有三 軸轉(zhuǎn)臺，三軸轉(zhuǎn)臺有轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸、轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)、固定架、內(nèi)軸驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)臺 中環(huán)驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)臺中環(huán)。上層小車驅(qū)動軸一端與上層小車固定連、另一端與上層小車驅(qū) 動器固定連接，上層小車軌道7與直角坐標(biāo)系0-XYZ的0X方向一致，上層小車軌道設(shè)在下 層小車上，下層小車經(jīng)下層小車驅(qū)動軸與下層小車驅(qū)動器連接，下層小車軌道與直角坐標(biāo) 系0-XYZ的0Y方向一致，下層小車軌道鋪設(shè)在支撐臺上，上層小車車輪經(jīng)軸與上層小車連 接，上層小車車輪設(shè)在上層小車軌道上，動態(tài)連接；下層小車車輪經(jīng)軸與橫向的下層小車固 定連接，下層小車車輪縱向設(shè)于下層小車軌道上，動態(tài)連接。轉(zhuǎn)臺中環(huán)的轉(zhuǎn)臺中環(huán)驅(qū)動電機 的定子縱向經(jīng)固定架與模擬空間飛行器固定連接，轉(zhuǎn)臺中環(huán)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)臺中環(huán)連 接，轉(zhuǎn)臺中環(huán)驅(qū)動電機驅(qū)動轉(zhuǎn)臺中環(huán)沿OY軸方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機的定 子固定在轉(zhuǎn)臺中環(huán)上，轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)連接，轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機驅(qū)動 轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)沿0X軸方向轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸的內(nèi)軸驅(qū)動電機的定子固定在轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)上，內(nèi)軸驅(qū)動 電機的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸連接，內(nèi)軸驅(qū)動電機驅(qū)動轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸沿OZ軸方向轉(zhuǎn)動。本實用新型的 優(yōu)點是消除由于飛行器的轉(zhuǎn)動運動形成的懸掛轉(zhuǎn)角，使懸掛始終保持接近角度平衡位置， 從而減低懸掛扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，同時這種方法還能夠消除由于飛行器的平移運動產(chǎn)生的懸掛偏離 重力平衡位置，使懸掛始終保持接近重力平衡位置，減低懸掛回復(fù)力，保證被模擬飛行器的干擾力盡量小。

圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2本實用新型柔性索懸掛偏離 重力平衡點的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖3本實用新型拉力與重力、回復(fù)力之間的結(jié)構(gòu)原理示意 圖。當(dāng)被懸掛物m偏離重力平衡點時，就會出現(xiàn)回復(fù)力Fg，當(dāng)被懸掛物m在重力平衡點時， 回復(fù)力Fg為零，柔性索拉力TT與重力mg大小相等，方向相反，作用在被懸掛物m上外力為 零。TS-柔性索、!11-具有質(zhì)量為m的被懸掛物、3_柔性索偏離懸掛平衡位置的角度Jg-回 復(fù)力、mg-重力、TT-沿柔性索方向的拉力。
具體實施方式
在支撐臺1上方設(shè)有驅(qū)動機構(gòu)，在支撐臺1下方設(shè)有模擬空間飛 行器機構(gòu)。由柔性索13 —端連接驅(qū)動機構(gòu)、另一端經(jīng)三軸轉(zhuǎn)臺與模擬空間飛行器21連接。 柔性索13的一端與支撐臺1上的上層小車3固定連接于柔性索固定點2，柔性索13的另一 端與轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸15連接。支撐臺1上設(shè)有的驅(qū)動機構(gòu)有柔性索固定點2、上層小車3、上層小 車驅(qū)動軸4、上層小車車輪5、上層小車驅(qū)動器6、上層小車軌道7、下層小車驅(qū)動軸8、下層小 車驅(qū)動器9、下層小車10、下層小車車輪11、下層小車軌道12，三軸轉(zhuǎn)臺有轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電 機14、轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸15、轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)16、固定架17、內(nèi)軸驅(qū)動電機18、轉(zhuǎn)臺中環(huán)驅(qū)動電機19、轉(zhuǎn)臺 中環(huán)20。下層小車10上方設(shè)有上層小車3、上層小車驅(qū)動軸4、上層小車車輪5、上層小車 驅(qū)動器6、上層小車軌道7，下層小車10下方設(shè)有下層小車車輪11、下層小車軌道12，模擬 空間飛行器21上設(shè)有三軸轉(zhuǎn)臺，三軸轉(zhuǎn)臺有轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機14、轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸15、轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán) 16、固定架17、內(nèi)軸驅(qū)動電機18、轉(zhuǎn)臺中環(huán)驅(qū)動電機19、轉(zhuǎn)臺中環(huán)20。上層小車驅(qū)動軸4一 端與上層小車3固定連、另一端與上層小車驅(qū)動器6固定連接，上層小車軌道7與直角坐標(biāo) 系O-XYZ的OX方向一致，上層小車軌道7設(shè)在下層小車10上，下層小車10經(jīng)下層小車驅(qū) 動軸8與下層小車驅(qū)動器9連接，下層小車軌道12與直角坐標(biāo)系O-XYZ的0Y方向一致，下 層小車軌道12鋪設(shè)在支撐臺1上，上層小車車輪5經(jīng)軸與上層小車3連接，上層小車車輪5 設(shè)在上層小車軌道7上，動態(tài)連接；下層小車車輪11經(jīng)軸與橫向的下層小車10固定連接， 下層小車車輪11縱向設(shè)于下層小車軌道12上，動態(tài)連接。轉(zhuǎn)臺中環(huán)20的轉(zhuǎn)臺中環(huán)驅(qū)動電 機19的定子縱向經(jīng)固定架17與模擬空間飛行器21固定連接，轉(zhuǎn)臺中環(huán)驅(qū)動電機19的轉(zhuǎn) 子與轉(zhuǎn)臺中環(huán)20連接，轉(zhuǎn)臺中環(huán)驅(qū)動電機19驅(qū)動轉(zhuǎn)臺中環(huán)20沿0Y軸方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán) 16的轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機14的定子固定在轉(zhuǎn)臺中環(huán)20上，轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機14的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn) 臺內(nèi)環(huán)16連接，轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機14驅(qū)動轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)16沿0X軸方向轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸15的 內(nèi)軸驅(qū)動電機18的定子固定在轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)16上，內(nèi)軸驅(qū)動電機18的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸15連 接，內(nèi)軸驅(qū)動電機18驅(qū)動轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸15沿OZ軸方向轉(zhuǎn)動。工作原理及工作過程在工作時， 模擬空間飛行器處于平衡位置時，轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸15方向與柔性索13方向一致，轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)軸線方 向與OX方向一致，轉(zhuǎn)臺中環(huán)軸線方向與OY方向一致，0X和0Y與柔性索13垂直。模擬空 間飛行器處于平衡位置時，柔性索13也是處在無應(yīng)力狀態(tài)。這時柔性索13作用在模擬空 間飛行器21上的拉力與重力平衡，模擬空間飛行器21上所有外力和為零。 在工作時，由于模擬空間飛行器的轉(zhuǎn)動運動會使柔性索13偏離角度平衡位置，柔 性索13就會在0Z軸方向出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，沿0X軸方向和沿0Y軸方向出現(xiàn)彎曲，在這種情況下柔 性索就會出現(xiàn)應(yīng)力，該應(yīng)力作用到模擬空間飛行器上產(chǎn)生干擾。這時三軸轉(zhuǎn)臺工作，轉(zhuǎn)臺中 環(huán)驅(qū)動電機19驅(qū)動轉(zhuǎn)臺中環(huán)20沿0Y軸方向轉(zhuǎn)動，消除柔性索13在0Y軸向的偏離角度； 轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機14驅(qū)動轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)16沿0X軸方向轉(zhuǎn)動，消除柔性索13在0X軸向的偏離角度；內(nèi)軸驅(qū)動電機18驅(qū)動轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸15沿0Z軸方向轉(zhuǎn)動，消除柔性索13在0Z軸向的偏 離角度。這樣保證柔性索13始終在角度平衡位置。依據(jù)胡克彈性定律，柔性索13內(nèi)的扭 轉(zhuǎn)應(yīng)力為零，干擾模擬空間飛行器的應(yīng)力為零。工作過程，電機轉(zhuǎn)動是受反饋控制實時連續(xù) 進行的，所以理想狀態(tài)干擾模擬空間飛行器的應(yīng)力一直保持為零。由于實際工作時，轉(zhuǎn)角測 量、驅(qū)動轉(zhuǎn)軸會有一定偏差，所以柔性索13內(nèi)的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力不會完全為零，但是會小于干擾 模擬空間飛行器的容忍限度。 在工作時，模擬空間飛行器處于平衡位置時，柔性索13的下柔性索固定點轉(zhuǎn)臺內(nèi) 軸15(在模擬空間飛行器重心)和上柔性索固定點2在同一重力線上。模擬空間飛行器處 于平衡位置時，柔性索13作用在模擬空間飛行器21上的拉力TT與重力g平衡，模擬空間 飛行器21上所有外力和為零。參見圖2。如果模擬空間飛行器不處于平衡位置時，柔性索 13作用在模擬空間飛行器21的拉力TT與重力g不平衡，產(chǎn)生一個回復(fù)力Fg，模擬空間飛 行器21上所有外力和不為零。柔性索13的一端固定在上層小車3上的目的是可以消除位 置不平衡，使模擬空間飛行器21上所有外力和為零。 在工作時，由于模擬空間飛行器的平移運動會使柔性索13的下柔性索固定點轉(zhuǎn) 臺內(nèi)軸15偏離平衡位置，這時上層小車3、下層小車10工作，下層小車驅(qū)動器9驅(qū)動下層 小車10沿下層小車軌道12運動，消除0Y方向的位置偏離。上層小車驅(qū)動器6驅(qū)動上層小 車3沿上層小車軌道7運動，消除0X方向的位置偏離。這樣保證柔性索13始終在平衡位 置。干擾模擬空間飛行器模擬的回復(fù)力為零。工作過程，上層小車驅(qū)動器6和下層小車驅(qū) 動器9是受反饋控制實時連續(xù)進行的，所以理想狀態(tài)干擾模擬空間飛行器模擬的回復(fù)力一 直保持為零。由于實際工作時，位置測量、驅(qū)動運動會有一定偏差，所以柔性索13的回復(fù)力 不會完全為零，但是會小于干擾模擬空間飛行器的容忍限度。
權(quán)利要求一種空間飛行器地面模擬試驗裝置，其特征在于在支撐臺上方設(shè)有驅(qū)動機構(gòu)，在支撐臺下方設(shè)有模擬空間飛行器機構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間飛行器地面模擬試驗裝置，其特征在于由柔性索 一端連接驅(qū)動機構(gòu)、另 一端經(jīng)三軸轉(zhuǎn)臺與模擬空間飛行器連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間飛行器地面模擬試驗裝置，其特征在于柔性索的 一端與支撐臺上的上層小車(3)固定連接于柔性索固定點，柔性索的另一端與轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸連 接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間飛行器地面模擬試驗裝置，其特征在于支撐臺上 設(shè)有的驅(qū)動機構(gòu)有柔性索固定點、上層小車、上層小車驅(qū)動軸、上層小車車輪、上層小車驅(qū) 動器、上層小車軌道、下層小車驅(qū)動軸、下層小車驅(qū)動器、下層小車、下層小車車輪、下層小 車軌道，三軸轉(zhuǎn)臺有轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸、轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)、固定架、內(nèi)軸驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)臺 中環(huán)驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)臺中環(huán)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間飛行器地面模擬試驗裝置，其特征在于下層小車 上方設(shè)有上層小車、上層小車驅(qū)動軸、上層小車車輪、上層小車驅(qū)動器、上層小車軌道，下層 小車下方設(shè)有下層小車車輪、下層小車軌道，模擬空間飛行器上設(shè)有三軸轉(zhuǎn)臺，三軸轉(zhuǎn)臺有 轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸、轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)、固定架、內(nèi)軸驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)臺中環(huán)驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)臺 中環(huán)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種空間飛行器地面模擬試驗裝置，其特征在于上層小車 驅(qū)動軸一端與上層小車固定連、另一端與上層小車驅(qū)動器固定連接，上層小車軌道與直角坐標(biāo)系0-XYZ的OX方向一致，上層小車軌道設(shè)在下層小車上，下層小車經(jīng)下層小車驅(qū)動軸 與下層小車驅(qū)動器連接，下層小車軌道與直角坐標(biāo)系0-XYZ的0Y方向一致，下層小車軌道 鋪設(shè)在支撐臺上，上層小車車輪經(jīng)軸與上層小車連接，上層小車車輪設(shè)在上層小車軌道上， 動態(tài)連接；下層小車車輪經(jīng)軸與橫向的下層小車固定連接，下層小車車輪縱向設(shè)于下層小 車軌道上，動態(tài)連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種空間飛行器地面模擬試驗裝置，其特征在于轉(zhuǎn)臺中環(huán) 的轉(zhuǎn)臺中環(huán)驅(qū)動電機的定子縱向經(jīng)固定架與模擬空間飛行器固定連接，轉(zhuǎn)臺中環(huán)驅(qū)動電機 的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)臺中環(huán)連接，轉(zhuǎn)臺中環(huán)驅(qū)動電機驅(qū)動轉(zhuǎn)臺中環(huán)沿OY軸方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn) 臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機的定子固定在轉(zhuǎn)臺中環(huán)上，轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)連接，轉(zhuǎn) 臺內(nèi)環(huán)驅(qū)動電機驅(qū)動轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)沿OX軸方向轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸的內(nèi)軸驅(qū)動電機的定子固定在 轉(zhuǎn)臺內(nèi)環(huán)上，內(nèi)軸驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸連接，內(nèi)軸驅(qū)動電機驅(qū)動轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸沿OZ軸方 向轉(zhuǎn)動。
專利摘要本實用新型涉及試驗裝置，具體為一種空間飛行器地面模擬試驗裝置。其特點是在支撐臺(1)上方設(shè)有驅(qū)動機構(gòu)，在支撐臺(1)下方設(shè)有模擬空間飛行器機構(gòu)。由柔性索(13)一端連接驅(qū)動機構(gòu)、另一端經(jīng)三軸轉(zhuǎn)臺與模擬空間飛行器(21)連接。柔性索(13)的一端與支撐臺(1)上的上層小車(3)固定連接于柔性索固定點(2)，柔性索(13)的另一端與三軸轉(zhuǎn)臺內(nèi)軸(15)連接。消除由于飛行器的轉(zhuǎn)動運動形成的懸掛轉(zhuǎn)角，使懸掛始終保持接近角度平衡位置，從而減低懸掛扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，同時這種方法還能夠消除由于飛行器的平移運動產(chǎn)生的懸掛偏離重力平衡位置，使懸掛始終保持接近重力平衡位置，減低懸掛回復(fù)力，保證被模擬飛行器的干擾力盡量小。
文檔編號B64G7/00GK201501531SQ20092010034
公開日2010年6月9日 申請日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者葛升民 申請人:葛升民