一种含重力卸载的微振动源地面测量系统的制作方法

本实用新型涉及一种含重力卸载的微振动源地面测量系统，适用于带有柔性部件的低速转动的微振动源动态特性的地面测量，属于航天微振动源地面测量领域。

背景技术：

随着遥感卫星分辨率等性能指标提高，微振动对成像质量影响问题渐已成为制约遥感卫星性能提升的关键问题。航天微振动问题涉及几个方面，包括微振动对敏感载荷影响的仿真分析、微振动地面测量与试验验证、微振动隔振与振动抑制以及相关产品和方法的在轨应用。其中微振动地面测量与试验验证具有重要的地位，起到承上启下的作用，一方面为仿真分析提供必要的输入和模型，一方面在航天器发射之前进行试验验证，确保相关产品和技术的可靠性和有效性。

在微振动地面测量与试验验证技术上，微振动源的地面测量非常重要。微振动源的地面测量可为微振动对敏感载荷仿真分析提供输入。微振动源的频率特性和相关幅值对最终的解决具有决定性的影响。

航天器上带有太阳翼等大型柔性部件的驱动机构转动会导致柔性部件振动，从而对航天器产生较大的微振动影响。由于驱动机构的电机设计用于在轨部件驱动，不考虑重力影响，因此地面试验时，由于重力影响，其驱动机构带动柔性部件的振动特性与在轨不一样，因此需要设计一种能够卸载重力的微振动特性地面测量系统。

本实用新型在前期技术储备的基础上，针对微振动源地面测试中的重力卸载问题进行改进，提高了微振动源地面测量结果的有效性和精度。

技术实现要素：

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种含重力卸载的微振动源地面测量系统。

本实用新型的技术解决方案是：

一种含重力卸载的微振动源地面测量系统，包括包括地基、空气弹簧、地基隔振平台台体、龙门架、龙门架转接件、六分量测力平台、六分量测力平台转接件、气浮轴承、模拟件连接件、柔性结构模拟件和供气气管；

地基隔振平台台体通过空气弹簧固定安装在地基上，空气弹簧通过供气气管提供稳压气体，龙门架固定安装在地基隔振平台台体上，龙门架转接件固定安装在龙门架的顶部，六分量测力平台通过龙门架转接件悬挂在龙门架上，通过六分量测力平台转接件将被测微振动源固定安装在六分量测力平台上；

模拟件连接件将柔性结构模拟件与气浮轴承连接起来，被测微振动源通过气浮轴承驱动柔性结构模拟件转动。

地基隔振平台台体截面为T字形，上表面为矩形。

气浮轴承包括气浮轴承支撑件、气浮轴承定子、气浮轴承转子以及空气管路；

气浮轴承定子通过气浮轴承支撑件固定在龙门架转接件上，气浮轴承转子从气浮轴承定子中间穿过，两者之间为高压气膜，相对无摩擦滑动，空气管路用于给气浮轴承供气。

通过调整气浮轴承支撑件的位置，进而调整被测微振动源、柔性结构模拟件和气浮轴承之间的相对位置，使得被测微振动源处于垂向平衡位置。

所述被测微振动源为驱动电机。

柔性结构模拟件为太阳翼结构模拟件或数传天线结构模拟件。

所述气浮轴承为径向双止推气浮轴承，该气浮轴承共形成两层气膜，一层作用力为垂向，一层作用力为径向。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

(1)本实用新型使用径向双止推气浮轴承，轴向气浮可卸载柔性附件部件驱动机构在垂向的重力影响，同时径向气浮可造成转动机构的驱动柔性附件部件的近似无摩擦转动，两者共同作用可有效模拟大型柔性附件部件驱动机构的在轨工作状态，保证对驱动大型柔性附件部件的驱动机构产生微振动的有效测量。

(2)本实用新型使用地基隔振平台，可有效隔离地面传来的振动对测量结果的干扰。带有大型柔性附件的驱动机构的微振动的频率较低，与地面震动的主要频率接近。如不隔离地面震动的影响，必然导致地面测量结果与在轨实际工作情况的差异。

(3)本实用新型使用六分量测力平台，可同时测量带有大型柔性附件的驱动机构产生的作用于其安装面的三个方向力和三个方向力矩，与在轨实际工作情况完全相同，可确保测量结果可准确反映在轨实际工作情况。

(4)本实用新型使用柔性结构模拟件，可避免由于部分实际结构太大导致的无法测量的问题，同时由于通过设计可保证龙门架内操作空间，因此可保证设计的柔性结构模拟件结构特性与实际结构尽量接近。

附图说明

图1为本实用新型地面测量系统示意图；

图2为径向双止推气浮轴原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行进一步的详细描述。

本实用新型重点解决重力场中卸载重力影响的问题。对于航天器大型柔性部件地面微振动试验，需要是产生微振动的主要部件都处于重力卸载的状态，才能尽可能有效的测量其微振动特性。对于航天器大型柔性部件驱动的微振动问题，其微振动产生机理是由于驱动电机驱动大型柔性部件转动，柔性部件振动反作用于驱动结构从而给航天器自身带来的微振动。驱动机构设计都是针对在轨工况，即没有重力的环境。在地面环境下如果不采取合适措施，会导致驱动电机受力形式与在轨不同，从而导致其微振动特性与在轨相差很大。

本实用新型采用双止推径向气浮轴承将大型柔性部件支撑起来，当气浮轴承的固有频率以及气膜的固有频率大于测量范围要求时，由于大型柔性部件驱动机构的旋转而激起的振动将通过气浮轴承传递到六分量测力平台上。气浮静压轴承(气浮轴承)是特种轴承，主要特点有：

(1)极小的摩擦，可以适用于极低速～极高速的任何速度范围内；

(2)工作精度高，温升小；

(3)工作范围很广，特别适用于恶劣环境下工作；

(4)无污染。

本实用新型的具体形式如图1所示。首先设计地基隔振平台以隔离地面振动的影响。然后将龙门架安装在地基隔振平台上。龙门架的刚度需要精心设计以确保其不予系统中其他结构或振源的频率耦合，同时避开测量关系的频率范围。然后利用龙门架转接件将六分量测力平台与龙门架尽可能刚性的连接在一起。六分量测力平台上安装大型柔性部件的驱动机构。驱动机构和大型柔性部件之间通过双止推径向气浮轴承连接在一起。气浮轴承通过气浮轴承支撑件与龙门架连接在一起。通过调整气浮轴承支撑件的位置，确保驱动电机、大型柔性部件和气浮轴承之间的相对位置关系，以使驱动电机处于垂向平衡位置。这样，大型柔性部件驱动机构工作时，由于气浮轴承的支撑作用，不受大型柔性部件重力的影响，与在轨工作状态一致。

本实用新型的核心部件是双止推径向气浮轴承，其原理如图2所示，主要由气浮轴21、气浮套22、封气接轴23、支撑涨套24和节流器25组成。双止推径向气浮轴承通过封气接轴23与外部连接，封气接轴23通气，气体经节流器25喷出，在气浮轴21与气浮套22之间形成气膜，从而使得气浮轴21与气浮套22之间可以近似无摩擦的转动，形成径向双止推轴承。该气浮轴承共形成两层气膜，一层作用力为轴向，用于支撑气浮轴，同时卸载大型柔性部件的重力；一层作用力为径向，用于在确保转动方向上的近似无摩擦环境。

气浮轴承的一些关键参数可通过如下方法确定。

对于圆盘止推轴承，可根据N-S方程求得节点压方F，单元体的承载能力W_e和对中心的力矩M_e，再根据各单元的位置进行求和得到气体轴承的总承载能力W和总承载力矩M_o。

径向轴承静态特性分析要比止推轴承复杂的多，这主要是因为气膜是个柱面。在大多数情况下，圆柱轴承的气膜厚度与其直径相比非常之小，因此，常常可以把轴承表面的曲率略掉，由于略去曲率所造成的误差大约为千分之一左右。具体做法如下：将气膜展为平面，然后划分有限元，求解离散的压力分布方程，最终给出轴承支撑力和刚度。

如图1所示，本实用新型包括地基1、空气弹簧2、地基隔振平台台面3、龙门架4、龙门架转接件5、六分量测力平台6、六分量测力平台转接件7、被测微振动源8、气浮轴承支撑件9、气浮轴承定子10、气浮轴承转子11、空气管路12、模拟件连接件13和被测微振动源驱动的柔性结构模拟件14。空气弹簧2固定安装在地基1上。地基隔振平台台体3与空气弹簧2固定连接。空气弹簧2通过供气气管12提供稳压气体。龙门架4的下端固定安装在地基隔振平台台面3上。龙门架转接件5固定安装在龙门架4的上端中部。六分量测力平台6通过龙门架转接件5固定在龙门架4上。通过六分量测力平台转接件7将被测微振动源8固定安装在六分量测力平台6上。气浮轴承定子10通过气浮轴承支撑件9固定在龙门架转接件5上。气浮轴承转子11从气浮轴承定子10中间穿过，两者通过高压气膜连接，相对可无摩擦滑动。高压气膜有两种，一种用于气浮轴承转子11和气浮轴承定子10的轴间无摩擦滑动，一种用于气浮轴承转子11与被测微振动源8连接一端的下平面和气浮轴承定子10的上平面的面间无摩擦滑动。空气管路12用于给气浮轴承供气。模拟件连接件13则将被测微振动源驱动的柔性结构模拟件14与气浮轴承转子11连接起来。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域的公知技术。