一种平衡太阳电池阵吊挂展开装置摩擦力的系统及其方法与流程

本发明涉及太阳电池阵吊挂展开装置技术领域，特别涉及一种平衡太阳电池阵吊挂展开装置摩擦力的系统及其方法。

背景技术：

航天器发射入轨后，星体向火工品发送起爆指令，火工品通电后起爆，切断压紧电池阵在航天器上的压紧杆，太阳电池阵凭借自身铰链的弹性势能，从航天器上自动展开，并保持对日定向，以保证航天器的正常电能供给。为确保太阳电池阵在太空中展开的可靠性与安全性，避免因产品设计、工艺的潜在缺陷对太阳电池阵展开过程的不利影响，电池阵产品在地面完成总装集成后，一般通过机械式吊挂装置平衡电池阵产品重力，进行模拟太空失重环境展开，并考核地面展开时间。

地面模拟试验过程中，太阳电池阵自收拢至展开过程，其实是一个沿短导轨(x方向)与沿长导轨(y方向)两个一维运动的叠加，如图1、图2所示。由于地面重力对产品及吊挂装置的作用，大滑车与长导轨摩擦力Fx、小滑车与短导轨摩擦力Fy会阻碍电池阵的展开，而在太空失重环境下，不存在任何摩擦阻尼，从而导致地面模拟展开试验与实际太空失重环境展开过程不一致，造成地面模拟展开试验的展开时间长于太空失重环境。

本发明提出一种能同时平衡x方向、y方向摩擦阻尼的方法，用于辅助电池阵地面模拟太空展开试验，目前尚未发现同本发明类似技术的说明或报道，也未收集到国内外类似的资料。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种平衡太阳电池阵吊挂展开装置摩擦力的系统及其方法。

本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：

本发明公开了一种平衡太阳电池阵吊挂展开装置摩擦力的系统，包括桁架结构、导轨结构和吊挂结构，其中：

所述桁架结构包括桁架主体、四个桁架支腿和定滑轮安装架，四个所述桁架支腿两两对称分布支撑所述桁架主体，所述定滑轮安装架设置于所述桁架主体的一端上方，且位于所述导轨结构的正上方；

所述导轨结构设置于所述桁架主体下方，包括两平行设置的长导轨和一与所述两长导轨垂直设置的短导轨，所述短导轨通过对称设置在其两端的两个大滑车套接于两长导轨上；

所述吊挂结构包括吊挂组件、第一配重块、牵引绳、上定滑轮、下定滑轮和第二配重块，其中；

所述吊挂组件通过一小滑车与所述短导轨滑动连接；

所述第一配重块悬吊于所述吊挂组件下方，且与单块电池板等重；

所述牵引绳一端与所述小滑车固定连接，另一端依次通过设置于所述定滑轮安装架下端的下定滑轮和设置于所述定滑轮安装架上端的上定滑轮与所述第二配重块固定连接。

进一步的，所述大滑车包括一呈U型结构的大滑轮组件和偶数个向内倾斜且两两对称设置的第一深沟球轴承，所述大滑轮组件与所述短导轨一端固定连接，所述长导轨贯穿所述大滑轮组件，并通过偶数个所述第一深沟球轴承将所述短导轨的两端活动套接于所述长导轨上。

进一步的，所述小滑车包括一呈U型结构的小滑轮组件和偶数个向内倾斜且两两对称设置的第二深沟球轴承，所述短导轨贯穿所述小滑轮组件，并通过偶数个所述第二深沟球轴承将所述小滑车组件活动套接于所述短导轨上。

进一步的，所述吊挂组件由上往下依次设置有调节套、下调节杆、管型测力计、轴向转动组件和吊挂连接组件，其中：

所述调节套和下调节杆通过上下伸缩调节太阳电池阵的高度，以适用不同尺寸的太阳电池阵；

所述管型测力计用于判读所述第一配重块的重力，并具备一定缓冲功能；

所述轴向转动组件连接所述管型测力计和吊挂连接组件，使得所述吊挂连接组件及其吊挂连接的电池板可轴向转动；

所述吊挂连接组件通过绳索悬吊与电池板等重的所述第一配重块，用于固定太阳电池阵。

进一步的，还包括接触式测力计，所述接触式测力计设置于所述小滑车上，用于分别测量吊挂组件在悬挂第一配重块的情况下大滑车沿长导轨方向上和小滑车沿短导轨方向上的最大启动静摩擦力。

优选的，所述牵引绳为细棉绳。

本发明另外公开了一种平衡太阳电池阵吊挂展开装置摩擦力的方法，其步骤在于：

步骤1：将定滑轮安装架设置于桁架主体的一端上方；

步骤2：将两平行设置的长导轨和一与两长导轨垂直设置的短导轨设置于桁架主体下方；

步骤3：短导轨通过对称设置在其两端的两个大滑车套接于两长导轨上，吊挂组件通过一小滑车与短导轨滑动连接；

步骤4：第一配重块悬吊于吊挂组件下方，且与单块电池板等重，模拟单块电池板的重量；

步骤5：牵引绳一端与小滑车固定连接，另一端依次通过设置于定滑轮安装架下端的下定滑轮和设置于定滑轮安装架上端的上定滑轮与第二配重块固定连接；

步骤6：将接触式测力计设置于小滑车上，分别测量吊挂组件在悬挂第一配重块的情况下大滑车沿长导轨方向上和小滑车沿短导轨方向上的最大启动静摩擦力；

步骤7：选择合适重量的第二配重块，使得第二配重块的重力作用线与长导轨成一夹角θ，以此平衡大滑车沿长导轨方向上和小滑车沿短导轨方向上的最大启动静摩擦力。

优选的，步骤7中，具体包括以下步骤：

保持大滑车在长导轨方向上不动，推动小滑车在短导轨上运动，测量小滑车沿短导轨方向上的最大启动静摩擦力Fy；和

保持小滑车在短导轨方向上不动，推动大滑车在长导轨上运动，测量大滑车沿长导轨方向上的最大启动静摩擦力Fx。

进一步的，步骤7中，夹角θ与最大启动静摩擦力之间的关系为：

即：

θ＝arcsin[Fy/(m₂g)]或θ＝arccos[Fx/(m₂g)]

其中，m₂代表第二配重块的重量，Fx代表大滑车沿长导轨方向上的最大启动静摩擦力，Fy代表小滑车沿短导轨方向上的最大启动静摩擦力。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明能够解决现有吊挂装置在展开试验过程中对太阳电池阵冲击大的问题，提高展开试验的重复稳定性，平衡地面试验设备的附加阻尼；

2、本发明构造简单、制造组装容易，平衡摩擦力的力大小可以实时调节，以适应不同的工况需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本发明一种平衡太阳电池阵吊挂展开装置摩擦力的系统的俯视图；

图2是本发明一种平衡太阳电池阵吊挂展开装置摩擦力的系统的侧视图；

图3是本发明一种平衡太阳电池阵吊挂展开装置摩擦力的系统的A向示意图；

图4是本发明一种平衡太阳电池阵吊挂展开装置摩擦力的系统中的吊挂组件结构示意图；

图5是本发明一种平衡太阳电池阵吊挂展开装置摩擦力的方法的流程示意图。

【主要符号标记】

1-桁架主体；

2-桁架支腿；

3-定滑轮安装架；

4-长导轨；

5-短导轨；

6-大滑车；

61-大滑轮组件；

62-第一深沟球轴承；

7-吊挂组件；

71-调节套；

72-下调节杆；

73-管型测力计；

74-轴向转动组件；

75-吊挂连接组件；

8-第一配重块；

9-牵引绳；

10-上定滑轮；

11-下定滑轮；

12-第二配重块；

13-小滑车；

131-小滑轮组件；

132-第二深沟球轴承；

14-接触式测力计。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在太阳电池阵地面展开试验过程中，一般通过机械式吊挂装置平衡产品的重力，以模拟产品在太空中展开的零重力环境。由于电池阵及吊挂装置重力作用的影响，地面设备会在产品上产生附加阻尼，阻碍电池阵的展开，从而造成地面展开试验时间长于实际太空失重环境。为了在地面更好地模拟太空无阻尼展开的过程，保持地面模拟试验与太空零重力展开的一致性，本发明提出了一种平衡太阳电池阵吊挂展开装置摩擦力的系统及其方法，以便保持地面模拟试验与太空实际展开过程的一致性。

实施例一

如图1-3所示，本发明公开了一种平衡太阳电池阵吊挂展开装置摩擦力的系统，包括桁架结构、导轨结构和吊挂结构，其中：

所述桁架结构包括桁架主体1、四个桁架支腿2和定滑轮安装架3，四个所述桁架支腿2两两对称分布支撑所述桁架主体1，所述定滑轮安装架3设置于所述桁架主体1的一端上方，且位于所述导轨结构的正上方；

所述导轨结构设置于所述桁架主体1下方，包括两平行设置的长导轨4和一与所述两长导轨4垂直设置的短导轨5，所述短导轨5通过对称设置在其两端的两个大滑车6套接于两长导轨4上，用以实现沿两长导轨4的轨向运动；

所述吊挂结构包括吊挂组件7、第一配重块8、牵引绳9、上定滑轮10、下定滑轮11和第二配重块12，其中；

所述吊挂组件7通过一小滑车13与所述短导轨5滑动连接，用以实现沿所述短导轨5的轨向运动；

所述第一配重块8悬吊于所述吊挂组件7下方，且与单块电池板等重，用于模拟单块电池板的重量，本实施例中，所述单块电池板即为第一配重块8；

所述牵引绳9一端与所述小滑车13固定连接，另一端依次通过设置于所述定滑轮安装架3下端的下定滑轮11和设置于所述定滑轮安装架3上端的上定滑轮10与所述第二配重块12固定连接，用以平衡所述大滑车6与所述长导轨4之间的摩擦力和平衡所述小滑车13与所述短导轨5之间的摩擦力。

一实施例中，所述大滑车6包括一呈U型结构的大滑轮组件61和偶数个向内倾斜且两两对称设置的第一深沟球轴承62，所述大滑轮组件61与所述短导轨5一端固定连接，所述长导轨4贯穿所述大滑轮组件61，并通过偶数个所述第一深沟球轴承62将所述短导轨5的两端活动套接于所述长导轨4上，用以实现沿两长导轨4的轨向运动。

一实施例中，所述小滑车13包括一呈U型结构的小滑轮组件131和偶数个向内倾斜且两两对称设置的第二深沟球轴承132，所述短导轨5贯穿所述小滑轮组件131，并通过偶数个所述第二深沟球轴承132将所述小滑车组件131活动套接于所述短导轨5上，用以实现沿短导轨5的轨向运动。

参考图4，所述吊挂组件7由上往下依次设置有调节套71、下调节杆72、管型测力计73、轴向转动组件74和吊挂连接组件75，其中：

所述调节套71和下调节杆72通过上下伸缩调节太阳电池阵的高度，以适用不同尺寸的太阳电池阵；

所述管型测力计73用于判读所述第一配重块8的重力，并具备一定缓冲功能；

所述轴向转动组件74连接所述管型测力计73和吊挂连接组件75，使得所述吊挂连接组件75及其吊挂连接的电池板可轴向转动；

所述吊挂连接组件75通过绳索悬吊与电池板等重的所述第一配重块8，用于固定太阳电池阵。

一实施例中，还包括接触式测力计14，所述接触式测力计14设置于所述小滑车13上，用于分别测量吊挂7组件在悬挂第一配重块8的情况下大滑车6沿长导轨4方向上和小滑车13沿短导轨5方向上的最大启动静摩擦力。

优选的，本实施例中的所述牵引绳9为细棉绳。

实施例二

如图4和5所示，吊挂组件在悬挂电池板(第一配重块)的情况下，因沿x、y方向的最大启动摩擦力，对电池阵展开过程附加阻尼的阻碍作用最为显著，为更好地保持地面模拟试验与太空零重力环境展开试验的一致性，本发明介绍一种同时克服吊挂组件沿x、y方向摩擦阻力的方法。即，本发明另外公开了一种平衡太阳电池阵吊挂展开装置摩擦力的方法，其步骤在于：

步骤1：将定滑轮安装架3设置于桁架主体1的一端上方；

步骤2：将两平行设置的长导轨4和一与两长导轨垂直设置的短导轨5设置于桁架主体1下方；

步骤3：短导轨5通过对称设置在其两端的两个大滑车6套接于两长导轨5上，吊挂组件7通过一小滑车13与短导轨5滑动连接；

步骤4：第一配重块8悬吊于吊挂组件7下方，且与单块电池板等重，模拟单块电池板的重量；

步骤5：牵引绳9一端与小滑车13固定连接，另一端依次通过设置于定滑轮安装架3下端的下定滑轮11和设置于定滑轮安装架3上端的上定滑轮10与第二配重块12固定连接；

步骤6：将接触式测力计14设置于小滑车13上，分别测量吊挂组件7在悬挂第一配重块8的情况下大滑车6沿长导轨4方向上和小滑车13沿短导轨5方向上的最大启动静摩擦力；

步骤7：选择合适重量的第二配重块12，使得第二配重块12的重力作用线与长导轨4成一夹角θ，以此平衡大滑车6沿长导轨4方向上和小滑车13沿短导轨5方向上的最大启动静摩擦力。

优选实施例中，步骤7中，具体包括以下步骤：

保持大滑车6在长导轨4方向上不动，推动小滑车13在短导轨5上运动，测量小滑车13沿短导轨5方向上的最大启动静摩擦力Fy；和保持小滑车13在短导轨5方向上不动，推动大滑车6在长导轨4上运动，测量大滑车6沿长导轨4方向上的最大启动静摩擦力Fx。具体实施例中，测量小滑车13沿短导轨5方向上的最大启动静摩擦力Fy和测量大滑车6沿长导轨4方向上的最大启动静摩擦力Fx的次序可随意互换，只需将两者测得即可。

进一步的，步骤7中，夹角θ与最大启动静摩擦力之间的关系为：

即：

θ＝arcsin[Fy/(m₂g)]或θ＝arccos[Fx/(m₂g)]

其中，m₂代表第二配重块的重量，Fx代表大滑车沿长导轨方向(即x方向)上的最大启动静摩擦力，Fy代表小滑车沿短导轨方向(即y方向)上的最大启动静摩擦力，即图4中所示Fx与Fy。

步骤4中，可使用电子秤称量单块电池板的重量，并根据称重结果选择与单块电池板等重的第一配重块8。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。