[發(fā)明專利]一種可質(zhì)心自動(dòng)找準(zhǔn)的無(wú)約束懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410109898.6
• 申請(qǐng)日: 2014-03-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103818567A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈英民;賈嬌;孫施浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B64G7/00
• 分類號(hào): B64G7/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)地面驗(yàn)證技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于變結(jié)構(gòu)航天器地面驗(yàn)證的質(zhì)心自動(dòng)找準(zhǔn)無(wú)約束懸掛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

航天工程是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)、高投入、高回報(bào)、高度復(fù)雜并且高精度的系統(tǒng)工程，它的發(fā)展程度決定能否搶占高科技制高點(diǎn)，能否最大程度的利用太空資源。毫無(wú)疑問(wèn)，在我國(guó)積極開(kāi)展航天技術(shù)研究迫在眉睫，然而太空環(huán)境極其惡劣，為了順利完成航天任務(wù)，必須在地面進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)，因此國(guó)內(nèi)外各航天機(jī)構(gòu)都非常重視航天器在地面的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

太空環(huán)境的一個(gè)最重要的特征是微重力，然而，地面實(shí)驗(yàn)室為有重力環(huán)境，為了在地面再現(xiàn)航天器空間微重力環(huán)境中的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況，提高地面驗(yàn)證導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的置信度，需要在地面為航天器六自由度運(yùn)動(dòng)建立一個(gè)與空間真實(shí)狀況相近的無(wú)約束微重力環(huán)境。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，其核心是補(bǔ)償航天器在地面實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中所受的重力，提供航天器三自由度平動(dòng)及三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)的無(wú)約束環(huán)境。現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的手段有液浮法，失重法、氣浮法、懸掛法。失重法常見(jiàn)的為拋物飛行和自由落體，此方法的缺點(diǎn)是時(shí)間短、占用的空間大、能夠提供的空間有限并且成本高；液浮法阻尼大、維護(hù)成本高且只適合低速運(yùn)動(dòng)的情況，而氣浮法與懸掛法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于建立實(shí)驗(yàn)室中的無(wú)約束微重力環(huán)境。如專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201220400797的“半主動(dòng)式重力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的氣浮六自由度模擬衛(wèi)星裝置”公布了一種通過(guò)氣足推力補(bǔ)償模擬衛(wèi)星即航天器的重力，通過(guò)氣浮軸承提供航天器近似無(wú)約束的三個(gè)姿態(tài)軸轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310466806的“一種無(wú)約束懸掛式主動(dòng)重力補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法”公布了一種通過(guò)吊絲張力懸掛補(bǔ)償航天器的重力，通過(guò)無(wú)約束連接模塊提供航天器近似無(wú)約束的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。考慮到諸如空間交會(huì)對(duì)接等空間任務(wù)，需要航天器伸出對(duì)接機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得航天器整體質(zhì)心發(fā)生偏移。但是上述兩個(gè)專利所公布的試驗(yàn)系統(tǒng)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)無(wú)約束結(jié)構(gòu)部分無(wú)法適用于變結(jié)構(gòu)航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)的驗(yàn)證試驗(yàn)。

為了克服現(xiàn)有航天器地面試驗(yàn)方法在應(yīng)對(duì)變結(jié)構(gòu)航天器質(zhì)心發(fā)生偏移時(shí)的不足，本發(fā)明提出一種適用于變結(jié)構(gòu)航天器地面驗(yàn)證的無(wú)約束懸掛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法，可在航天器質(zhì)心發(fā)生偏移對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)找準(zhǔn)，與懸掛式主動(dòng)重力補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)合，可為變結(jié)構(gòu)航天器提供一個(gè)近似無(wú)約束六自由度運(yùn)動(dòng)的微重力環(huán)境，進(jìn)而再現(xiàn)其在空間微重力環(huán)境下的真實(shí)運(yùn)動(dòng)，保證地面驗(yàn)證導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)的有效性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出的一種可質(zhì)心自動(dòng)找準(zhǔn)的無(wú)約束懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，目的是實(shí)現(xiàn)航天器滾動(dòng)、俯仰與偏航姿態(tài)調(diào)整時(shí)不受懸掛連接裝置的約束，同時(shí)保證航天器在任意姿態(tài)位置發(fā)生結(jié)構(gòu)變化時(shí)，在不改變其姿態(tài)的情況下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)航天器質(zhì)心的自動(dòng)找準(zhǔn)，使等效懸掛點(diǎn)始終與航天器質(zhì)心重合，不引人附加偏心轉(zhuǎn)矩，確保航天器始終處于隨遇平衡的狀態(tài)，為變結(jié)構(gòu)航天器提供一個(gè)近似無(wú)約束的三自由度姿態(tài)調(diào)整運(yùn)動(dòng)環(huán)境。

本發(fā)明基于懸掛點(diǎn)與被懸掛物體質(zhì)心重合，被懸掛物體處于隨遇平衡狀態(tài)，物體重力不產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，同時(shí)精密滾動(dòng)軸承摩擦力小，滾動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)小于航天器姿態(tài)調(diào)整力矩，因而本發(fā)明提出的集三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)隨動(dòng)模塊、緊固模塊、質(zhì)心找準(zhǔn)模塊與數(shù)據(jù)采集控制模塊于一體的一種可質(zhì)心自動(dòng)找準(zhǔn)的無(wú)約束懸掛系統(tǒng)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)為變結(jié)構(gòu)航天器提供一個(gè)近似無(wú)約束的三自由度姿態(tài)調(diào)整運(yùn)動(dòng)環(huán)境這一預(yù)定目標(biāo)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種可質(zhì)心自動(dòng)找準(zhǔn)的無(wú)約束懸掛系統(tǒng)包括三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)隨動(dòng)模塊、緊固模塊、質(zhì)心找準(zhǔn)模塊與數(shù)據(jù)采集控制模塊。

所述三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)隨動(dòng)模塊可保證航天器在低摩擦力干擾下做近似無(wú)約束的俯仰、偏航、滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)；所述緊固模塊在電機(jī)的作用下可調(diào)整懸掛系統(tǒng)對(duì)航天器的夾緊程度；所述質(zhì)心找準(zhǔn)模塊在所述緊固模塊的配合下可在航天器結(jié)構(gòu)變化時(shí)完成對(duì)航天器質(zhì)心的自動(dòng)找準(zhǔn)與自動(dòng)夾緊，保證等效懸掛點(diǎn)與質(zhì)心時(shí)刻重合，航天器的重力不影響其姿態(tài)調(diào)整運(yùn)動(dòng)；所述數(shù)據(jù)采集控制模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)信號(hào)傳遞與協(xié)調(diào)控制，使系統(tǒng)各模塊按系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，完成對(duì)變結(jié)構(gòu)航天器的質(zhì)心自動(dòng)找準(zhǔn)和無(wú)約束懸掛。