[發明專利]空間在軌物品質心測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201811232905.6
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109186859B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 盧齊躍;呂智慧;賈賀;王永濱;高樹義;王立武;王飛;劉濤;包進進;黎光宇
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G01M1/12
• 分類號: G01M1/12
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

空間在軌物品質心測量裝置及方法，裝置包括：定軸轉臂、扭轉彈簧、測速儀；所述定軸轉臂與所述待測物品固定連接，同時，所述定軸轉臂與所述扭轉彈簧的任意一個末端固定連接；所述測速儀用于測量所述定軸轉臂的轉速。利用物體質心與其定軸轉動慣量的關系，通過上述裝置的固有參數、物品質量以及測量獲得的速度確定待測物品質心位置。本發明彌補了現有技術的空缺，提供了一種能夠適用于空間微重力環境的物品質心測量手段。

技術領域

本發明涉及空間在軌物品質心測量裝置及方法，尤其是在運行于空間軌道上的航天器內、處于微重力環境中的物品的質心測量方法。

背景技術

按照所依據原理分類，現有的質心測量方法主要有懸掛法、平行軌滾動法，天平法、三點法、四點法，扭振轉臺測轉動慣量法，以及通過一定的簡化和計算獲得物體質心位置的理論分析法等。除理論分析法外，現有的物品質心測量方法均基于地面重力場設計實施，大多通過測量物品的重心獲得物品的質心；理論分析法對被測物體條件限制較嚴苛，不具廣泛適用性。而運行于空間軌道上的空間站等航天器處于微重力環境，無測量可利用的重力場，現有的物品質心測量方法無法在這樣的環境內有效發揮作用。目前我國已有微重力環境下的空間物品質量測量裝置，并已在空間實驗室配置應用，但沒有微重力環境下的空間物品質心測量裝置，隨著我國航天事業的發展，這類裝置的缺失，已經不能滿足空間技術、空間科學試驗、空間制造等領域日益增長的需求。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，彌補現有技術的空缺，利用被測物品的固有質量分布實現質心測量，提供了一種能夠適用于空間微重力環境的物品質心測量裝置及方法。

本發明的技術方案是：

空間在軌物品質心測量裝置，包括：定軸轉臂、扭轉彈簧、測速儀、始端限位板、末端限位板；

所述定軸轉臂與所述待測物品固定連接，同時，所述定軸轉臂與所述扭轉彈簧的任意一個末端固定連接；所述測速儀用于測量所述定軸轉臂的轉速。

所述始端限位板與所述末端限位板之間的夾角一定，用于限制所述定軸轉臂繞扭轉彈簧簧體中軸的轉動角度。

還包括裝載箱；所述待測物品與所述裝載箱固定連接，所述裝載箱與所述定軸轉臂固定連接，且所述定軸轉臂的末端伸出所述裝載箱。

利用上述的空間在軌物品質心測量裝置測量物品質心的方法，包括步驟如下：

1)以所述扭轉彈簧的簧體中軸作為轉動軸，撥動所述定軸轉臂繞所述轉動軸轉動一定角度，然后釋放定軸轉臂，使定軸轉臂在扭轉彈簧的驅動下繞所述轉動軸轉動；

2)使用所述測速儀測量所述定軸轉臂的轉速；

3)根據步驟2)測量得到的所述定軸轉臂的轉速，確定所述待測物品質心至所述轉動軸的距離；

4)以所述轉動軸為軸線，以所述步驟3)確定的所述待測物品質心至所述轉動軸的距離為半徑，確定圓柱面，獲得所述圓柱面與所述待測物品相貫而成的弧面；

5)改變所述待測物品與所述定軸轉臂之間的相對方位，重復步驟1)～4)，直至獲得相交于一點的3個弧面；

6)根據步驟5)所述獲得的相交于一點的3個弧面對應的所述待測物品質心至所述轉動軸的距離，確定所述待測物品的質心位置，完成質心測量工作。

利用上述的空間在軌物品質心測量裝置測量物品質心的方法，包括步驟如下：

1)初始時刻，所述定軸轉臂貼靠在末端限位板上；

2)以所述扭轉彈簧的簧體中軸為轉動軸，撥動所述定軸轉臂繞所述轉動軸轉動一定角度，使所述定軸轉臂貼靠在所述始端限位板上；

3)釋放定軸轉臂，使定軸轉臂在扭轉彈簧的驅動下繞所述轉動軸轉動，直至所述定軸轉臂再次貼靠在末端限位板上；