[發明專利]空間系繩系統展開控制機構地面試驗裝置

有效

• 申請號: 201510011106.6
• 申請日: 2015-01-09
• 公開（公告）號: CN104535247B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 王長青;杜崇剛;李愛軍;吳佳楠;王鑫;王盼冰
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01L5/04
• 分類號: G01L5/04;B64G1/64
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司61202
• 代理人: 第五思軍

技術領域

本發明屬于航天技術領域，特別涉及一種空間系繩系統展開控制機構地面試驗裝置。

背景技術

空間系繩系統是通過系繩將小航天器與基站航天器連接起來而形成的新型空間飛行器，是非常有前景的空間科學發展方向。它在近地空間和深空探測方面具有廣闊的應用前景，如微重力產生、衛星姿態穩定、航天器發射及軌道轉移、系繩輔助航天器再入、繩系交會及捕捉系統、空間碎片移除和對地觀測和深空探測等。在空間系繩系統研究與應用過程中，實現系繩根據給定控制律從基站航天器中精確釋放，系繩系統的展開控制機構是主要元件。因此研制系繩系統展開控制機構原理樣機并建立地面模擬仿真試驗平臺開展地面試驗驗證研究是一項基礎而非常重要的工作。地面模擬試驗裝置是用來初步檢驗航天系統動力學和控制理論研究成果的重要工具，通常作為代價昂貴且耗時的在軌飛行實驗的必要準備步驟。南京航空航天大學的國家自然科學基金項目“繩系控制系統非線性動力學：理論和實驗研究”（編號：10372039）在借鑒國外研究成果基礎之上根據天-地動力學相似原理,設計了圓軌道系繩衛星面內運動地面試驗系統。該試驗系統的特點在于利用氣墊和噴氣模擬系繩系統的空間動力學環境, 如重力梯度和科氏力。但仍存在不足之處，由于地面試驗系統的空間局限性，系繩展開最大長度僅為3m，沒有考慮系繩展開控制機構工作的仿真模擬，而實際空間系繩系統的系繩長度可達幾十公里。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明目的在于提供一種空間系繩系統展開控制機構地面試驗裝置，具有結構簡單、成本低、適用于長達1Km系繩的特點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種空間系繩系統展開控制機構地面試驗裝置，包括有底座，底座上設有放線機構；伺服電機A的右側設有導向輪；導向輪的右側設有展開控制機構；展開控制機構右側設有張力測量機構；張力測量機構右側設有測速裝置；測速裝置右側設有收線機構；顯示面板。

所述的放線機構包括伺服電機A，放線輪、導向輪和緩沖裝置，放線輪安裝在轉軸上，伺服電機帶動轉軸轉動進而帶動放線輪轉動放線，系繩依次通過導向輪和緩沖裝置。

所述的展開控制機構包括有支座，步進電機設在支座上，步進電機與渦輪蝸桿機構相連；系繩從固定在展開控制機構內壁上的渦輪件上的小孔穿入，從渦輪與蝸桿相連一端穿出，，步進電機帶動蝸桿機構轉動進而帶動渦輪轉動，改變渦輪軸上系繩的纏繞圈數。

所述張力測量機構設有支座和應變傳感器，應變傳感器安裝在支座上，系繩穿過支座架上固定的3個導向輪產生彈性形變，通過應變傳感器測量系繩張力。

所述測速裝置設有一個和編碼器和支架，編碼器安裝在支架上，所述編碼器中心軸上安裝一個輪盤，系繩通過輪盤的下沿，系繩展開過程中收線機構帶動輪盤轉動，通過編碼器產生的脈沖信號來測量輪盤的轉速。

所述收線機構設有伺服電機B、轉軸和收線輪，收線輪安裝在轉軸上，伺服電機B帶動轉軸轉動進而帶動收線輪轉動收線。

所述顯示面板設有電源啟動按鈕、停止按鈕、急停按鈕和觸摸顯示屏，觸摸顯示屏上可設置初始啟動參數并實時顯示系繩長度、速度等參數。

本發明的有益效果是：

本發明的第一個目的是提供一種結構簡單、成本低、適用于長達1Km系繩的系繩展開控制機構測試試驗的地面試驗裝置。

本發明的第二個目的在于測試給定控制律下不同展開控制機構的展開特性，從而選取合適的展開控制機構。

本發明的第三個目的在于提供一種采用了上述地面試驗裝置完成基站航天器上系繩展開釋放長度測量和展開控制機構功能的模擬，測試控制機構對控制算法的影響。

本發明空間系繩系統展開控制機構地面試驗裝置通過收放線機構、測量機構和展開控制機構和顯示機構來完成地面試驗。收放線機構完成系繩釋放和回收；測量機構完成系繩速度、長度和張力；展開控制機構完成制動控制功能；顯示機構完成初始參數設置，實時顯示參數功能；具有結構簡單、成本低、適用于長達1Km系繩和易于實現的特點。

本發明提供的地面試驗裝置適用于初步檢驗空間系繩系統展開過程中控制機構和控制理論研究成果，可以測試控制機構對控制算法的影響。

附圖說明

圖1 為本發明的俯視圖。

圖2為本發明的主視圖。

圖3 為本發明控制機構展開示意圖。

圖4 本發明放線機構結構示意圖。