一种超大型航天器展开零重力模拟装置的制作方法

本发明创造属于零重力模拟试验装置领域，尤其是涉及一种超大型航天器展开零重力模拟装置。

背景技术

随着航天技术的不断发展，以超大型太阳翼、天基雷达、天线以及望远镜等为代表的大型航天器应用越来越广。由于其机构相对复杂，精度较高，需要在地面进行一系列零重力展开试验，以保证其在轨状态能够正常使用。

现有太阳翼及天线类航天器地面零重力试验通常通过气垫放置在超平支撑平台(花岗岩/铸铁/玻璃等)上进行。由于气垫浮起量仅有几十个微米，因此该类型试验通常对平台平面度等指标要求很高。平台建设难度以及成本很高，国内最大面积花岗岩平台为30m×40m，其表面平面度、粗糙度要求极高，平台建设难度大，成本很高，通常面积都不会很大，无法满足后续百米级太阳翼或天线等超大型航天器的地面零重力试验需要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明创造旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种超大型航天器展开零重力模拟装置。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种超大型航天器展开零重力模拟装置，包括基础随动平台，所述基础随动平台底部设有随动执行机构，基础随动平台顶部设有调平机构；所述调平机构顶部设有顶盘，顶盘上设有气浮机构，该气浮机构包括浮板、浮板顶部设置的用于安装航天器本体的转接工装、以及浮板底部设置的气垫组件。

进一步的，所述气垫组件包括浮板底部设置的若干气垫，每一所述气垫底部均设有数个喷气孔。

进一步的，所述随动执行机构包括基础随动平台底部安装的平面气垫、以及用于推动基础随动平台移动的推力器。

进一步的，所述气垫和平面气垫均通过导管与供气设备连接。

进一步的，所述顶盘上设有用于设置气浮机构的凹槽，凹槽边缘设有用于测量浮板移动的检测控制机构。

进一步的，所述检测控制机构包括用于检测气垫移动的位移传感器、以及用于控制推力器工作的控制器。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

本发明创造解决了传统太阳翼及天线类航天器地面零重力试验必须在精度较高的超平支撑平台上进行的制约，能够适用于实验室普通基础底面，极大地拓展了微低重力模拟试验的范围，降低了试验成本与难度。因此该模拟装置够满足未来超大型太阳翼、天线等一系列航天器的地面零重力试验的迫切需求，对航天器系统研制有着重要的科学价值。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造的结构示意图；

图2为本发明创造实施例所述的结构示意图；

图3为本发明创造装载太阳能电池板时的结构示意图。

附图标记说明：

1-基础随动平台；2-调平机构；3-顶盘；4-浮板；5-转接工装；6-气垫组件；7-平面气垫；8-推力器；9-凹槽；10-检测控制机构；11-基础地面；12-太阳能电池板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，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基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，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发明创造的限制。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。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，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发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种超大型航天器展开零重力模拟装置，如图1至图3所示，包括基础随动平台1，所述基础随动平台1底部设有随动执行机构，基础随动平台顶部设有调平机构2；所述调平机构2顶部设有顶盘3，顶盘3上设有气浮机构，该气浮机构包括浮板4、浮板4顶部设置的用于安装航天器本体的转接工装5、以及浮板4底部设置的气垫组件6，所述转接工装5可以采用常用的固定工装，例如夹具等，只要可以实现对航天器本体或太阳能电池板12的固定即可。

所述气垫组件6包括浮板4底部设置的若干气垫，每一所述气垫底部均设有数个喷气孔，通过喷气孔向下喷气，使得气垫与顶盘之间形成气膜，从而减小气垫与顶盘之间的摩擦力，所述气垫可以采用现有的气垫片、气浮垫或空气轴承，只要可以实现气垫的稳定悬浮即可，在浮板底部可以均匀的设置单气垫、双气垫、三气垫或四气垫，通过多设置气垫，可以使气垫更好的支撑起浮板，同时保证浮板保持水平，便于航天器本体在测试时保持稳定。

所述随动执行机构包括基础随动平台1底部安装的平面气垫7、以及用于推动基础随动平台移动的推力器8，所述推力器8可以采用驱动轮组件，所述驱动轮组件包括安装在平台基座底部的驱动轮，所述驱动轮可以选用全向移动轮或麦克纳姆轮，也可采用其他推力器，例如推力风扇等，只要能实现推动平台基座移动即可。所述气垫和平面气垫7均通过导管与供气设备连接，所述供气设备可以采用工厂内的气源或供气瓶，所述平面气垫7可以采用现有的气垫片、气浮垫或空气轴承，只要可以实现平面气垫的稳定悬浮即可，通过气瓶为平面气垫供气，就可以使平面气垫实现悬浮，这样由于平面气垫与基础地面11中间存在气膜，使得平面气垫与基础地面之间的摩擦力很小；

由于平面气垫7与基础地面11中间存在气膜，使得平面气垫与基础地面之间的摩擦力很小，当驱动轮组件工作时，由于平台基座已经悬浮在基础地面上，所以此时驱动轮仅会与基础地面表面接触，驱动轮并不会承受平台基座的重量，不会起到承重作用，只会起到导向和推动平台基座移动的作用，这样当驱动轮工作时，由于驱动轮仅与基础地面轻微接触，所以驱动轮移动时并不会产生震动，通过驱动轮的推动作用，可以使悬浮起来的平台基座平稳的在基础地面上移动，这样通过驱动轮组件就可实现对主动跟随机构的移动，从而使主动跟随机构随着机械臂移动，移动起来十分方便。

所述调平机构2可以采用现有的调平机构2，只要可以实现对顶盘的自动调平即可，例如通过在基础随动平台上设置三个呈等边三角形排布的可伸缩支撑杆，每个支撑杆均竖直设置在基础随动平台上，支撑杆的一端固定在基础随动平台，另一端固定在顶盘底部，利用不共线(不在同一直线上)的三点可以确定一个平面的原理，这样通过分别调整呈等边三角形排布的三个支撑杆的长度，通过使用水平尺调平，就可以将顶盘调整为水平状态，这样通过调节支撑杆就可以使顶盘达到调平状态，操作起来十分方便。

由于调平机构2直接设置在基础随动平台1上，而基础随动平台1底部设有随动执行机构，这样基础随动平台1通过平面气垫7的悬浮支撑，使得基础随动平台通过气浮重力卸载的方式实现了重力卸载，又由于气浮机构也是通过气垫气悬浮设置在顶盘上，气膜悬浮对竖直方向的力传导不受影响，所以基础随动平台竖直方向零重力卸载功能能够正常实现对浮板和机械臂的重力卸载。

所述顶盘3上设有用于设置气垫的凹槽9，凹槽9边缘设有用于测量气垫移动的检测控制机构10，预先设置时可以先将气垫设置在顶盘3的中心，这样在使用过程中不仅方便检测气垫的移动，能而且够使气垫始终保持在顶盘中心，有利于机械臂或空间结构稳定设置在二级气浮平台上。所述检测控制机构10包括用于检测气垫移动的位移传感器、以及用于控制推力器8工作的控制器，所述位移传感器可以采用现有的位移传感器，如激光测距仪、超声波传感器等，只要可以实现对气垫位移的检测即可，控制器可以采用现有的单片机，当位移传感器检测到气垫位移后，就将信号传输给单片机，单片机就会控制驱动轮工作，从而使随动执行机构跟随气垫移动，通过检测位移使单片机控制驱动轮工作的程序为现有技术，在这里不在赘述。

随动执行机构悬浮支撑起基础随动平台1，使基础随动平台能够在普通实验室基础地面11上可控跟随移动，从而保证平面精度较高的顶盘3始终处于气垫组件的下方，通过使气垫组件6悬浮于顶盘上方，使气垫组件6能够实现无摩擦的自由运动，从而使气垫组件可以跟随航天器进行无摩擦的精准随动。

在试验过程中，随动执行机构即使与基础地面11存在一定得摩擦力或者卡滞干扰，但由于顶盘3上的气浮机构精度较好，且顶盘上方的气浮机构能够稳定悬浮，因此随动平台与基础地面11的摩擦干扰不会对顶盘上方的气垫产生影响，由此该装置即使直接放置在基础地面上使用，也不会存在由于摩擦力而导致的滞后现象，可以实现对航天器的精准跟随，所以该装置可以很好的适用于普通实验室基础地面的零重力试验。

本发明创造解决了传统太阳翼及天线类航天器地面零重力试验必须在精度较高的超平支撑平台上进行的制约，能够适用于实验室普通基础底面，极大地拓展了微低重力模拟试验的范围，降低了试验成本与难度。因此该模拟装置够满足未来超大型太阳翼、天线等一系列航天器的地面零重力试验的迫切需求，对航天器系统研制有着重要的科学价值。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。