[發明專利]衛星在軌自由邊界條件模擬裝置

有效

• 申請號: 201310339738.6
• 申請日: 2013-08-06
• 公開（公告）號: CN103359300A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 劉明輝;王劍;韓曉健;馮咬齊;張俊剛;樊世超;岳志勇;焦安超
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: B64G7/00
• 分類號: B64G7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于衛星動力學試驗技術領域，具體涉及一種衛星在軌自由邊界條件的地面模擬裝置。

背景技術

自由邊界條件是衛星等航天器在軌道飛行時所處的力學邊界條件，在衛星等航天器的地面研制過程中，為獲取衛星在軌飛行時的結構動力學特性，并驗證衛星在軌飛行執行任務時的高精度技術指標和可靠性，必須在地面對衛星進行模態試驗和微振動試驗等動力學試驗。當在地面對衛星進行試驗時，需要模擬衛星在軌飛行時的自由邊界條件，理想情況是在支撐衛星重量的同時，不對衛星施加任何約束力，也就是使衛星在空中處于自由懸浮狀態，然而，地面為有重力的環境，這種理想的自由邊界條件無法在地面實現，需要采用近似的方法來實現衛星在軌飛行時自由邊界條件的模擬。

國外對自由邊界條件模擬方法的研究比較早，20世紀70年代美國國家航空航天局(NASA)在對無人飛機進行振動測試時，利用橡皮繩和吊車對無人飛機進行懸吊，以模擬飛機飛行時的自由邊界條件，然而橡皮繩具有蠕變特性，不能長時間在試驗中使用，同時吊車的動力學特性也影響了模擬效果。美國NASA蘭利研究中心在20世紀80-90年代進行了近零剛度懸掛技術和裝置的研究，近零剛度裝置通過不同彈簧的組合和預加載，產生正、負剛度，從而得到零剛度實現自由邊界條件的模擬。然而，該裝置本身具有非線性特性，只有當試驗件處于平衡位置時才能得到期望的自由邊界條件，遠離平衡位置時自由模擬條件模擬效果較差。20世紀90年代，美國CSA工程公司開展了氣動/電磁結合懸掛裝置的研制，用于結構自由邊界條件的模擬，它由兩套平行子系統組成，即被動氣動系統和主動電磁系統。被動氣動系統通過特殊設計的無摩擦力的活塞-氣缸支撐試件全部重量，主動子系統用一個長行程、非接觸的通電線圈產生電磁力來主動補償懸掛裝置增加的微小質量，該裝置涉及氣動和電磁裝置，構成較復雜且承載能力有限。

在國內隨著我國航天技術的飛速發展，用于空間結構地面動力學試驗的自由邊界條件模擬的方法和裝置不斷豐富，如衛星太陽翼展開用吊架、衛星大型可展開天線懸吊式自由邊界模擬裝置，同時對美國CSA公司的氣動/電磁式自由邊界條件模擬裝置也進行了類似研究。整體而言，與美國等航天強國相比，我國在衛星自由邊界條件模擬方法和裝置的研究方面仍存在一定的差距。目前還不具備成熟的用于衛星特別是大型衛星整星的在軌自由邊界條件模擬的方法和裝置。

因此，為了實現衛星地面微振動和模態等動力學試驗中在軌自由邊界條件的模擬，必須研制相應的裝置，解決衛星在軌動力學特性和微振動環境驗證的地面試驗需求。

發明內容

為了滿足現有技術中存在的技術需求，本發明的目的在于提供一種在地面模擬衛星在軌飛行時的自由邊界條件的裝置，用于衛星地面微振動和模態等動力學試驗中的試驗邊界條件的模擬。

本發明采用的技術方案如下：

一種衛星在軌自由邊界條件模擬裝置，主要包括用于為衛星提供支撐接口的上部的衛星對接板、支撐彈簧、衛星平衡調節裝置、限位保護裝置以及用于提供與地面固定連接接口并對模擬裝置整體提供支撐的下部的支撐板，上部和下部的衛星對接板和支撐板根據衛星機械結構對應設置，優選為圓環形或多邊形，多個支撐彈簧兩端分別固定連接在衛星對接板和支撐板之間的環形部分上并圍繞環形部分均勻分布，以對衛星進行彈性支撐；數量與支撐彈簧數量對應的衛星平衡調節裝置固定設置在支撐彈簧底部和支撐板之間，以通過對支撐彈簧的支撐來調整衛星偏心引起的衛星與模擬裝置的傾斜，使衛星對接到模擬裝置后保持水平；限位保護裝置按圓周均布方式設置在衛星對接板和支撐板之間的環形部分上并對衛星進行安全保護，其中，支撐彈簧分別設置在相鄰兩個限位保護裝置之間，衛星平衡調節裝置包括支撐螺紋、其上對支撐彈簧底部進行支撐的高度調節螺母和鎖死螺母，鎖死螺母設置在高度調節螺母的相鄰底部，支撐螺桿為實心金屬圓桿，圓桿的外壁設有螺紋，高度調節螺母和鎖死螺母分別通過與螺紋支撐桿的螺紋配合來調節支撐彈簧底部的高度，支撐螺桿與所述支撐板機械固定連接，支撐螺桿直徑小于彈簧內徑，與彈簧重合部分不接觸。

進一步地，所述限位保護裝置包括依次連接的限位導向桿、限位調節螺桿、鎖死螺母以及螺紋支撐桿，限位導向桿與螺紋支撐桿分別支撐在衛星對接板的底表面和支撐板的上表面上，螺紋支撐桿為實心金屬圓桿，其外壁設有螺紋，限位調節螺桿為空心圓桿，內部設有螺紋，旋擰在螺紋支撐桿上，鎖死螺母也旋擰在螺紋支撐桿上并設置在限位調節螺桿下端以調節到適當位置對其鎖定；限位導向桿通過螺栓固定在衛星對接板上，導向桿向下指向螺紋支撐桿，以當限位調節螺桿向上調節時對其進行橫向限位。