專利名稱：剛彈液耦合航天器物理仿真實驗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天控制技術(shù)范圍，特別涉及一種剛彈液耦合航天器物理仿真實驗系統(tǒng)。
技術(shù)背景航天器物理仿真實驗是指以氣浮或磁浮臺模擬衛(wèi)星本體，控制器使用星上實際控制系統(tǒng) 所進(jìn)行的仿真實驗。它是衛(wèi)星研制過程中采用的重要手段和方法，可以驗證控制系統(tǒng)方案設(shè) 計的正確性和檢驗實際控制系統(tǒng)的指標(biāo)性能。在國內(nèi)外航天器物理仿真實驗中，對于單軸氣 浮臺(或單軸磁浮臺)，以單剛體加柔性部件的配置較為常見。對于三軸氣浮臺，則以單剛體 為主要配置，也有些實驗系統(tǒng)在三軸氣浮臺上配置小慣量轉(zhuǎn)動附件。綜合考慮剛彈液耦合因 素的多體航天器物理仿真系統(tǒng)并不多見。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種剛彈液耦合航天器物理仿真實驗系統(tǒng)，即提供一種綜合考慮剛 彈液耦合因素的多體航天器物理仿真系統(tǒng)；從動力學(xué)角度，研究剛彈液耦合多體系統(tǒng)的動力 學(xué)特性，驗證復(fù)雜航天器的建模方法，為數(shù)值仿真提供參考和依據(jù)；從控制角度，考慮存在 附件彈性和液體晃動及燃料消耗的情況，研究中心體的姿態(tài)機動與跟蹤控制問題；研究具有 多個轉(zhuǎn)動附件航天器的多目標(biāo)跟蹤控制問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種剛彈液耦合航天器物理仿真實驗系統(tǒng)，含有單軸磁浮臺子系統(tǒng)1和撓性附件子系統(tǒng) 2，單軸磁浮臺子系統(tǒng)1含有臺上計算機60，臺下計算機61，磁浮臺底盤28和磁浮臺上盤 59，其特征在于該系統(tǒng)還含有液體燃料箱子系統(tǒng)4，所述的液體燃料箱子系統(tǒng)包括四個液 體燃料箱22，收集罐19，激光測距傳感器69和激振器70，四個液體燃料箱21對稱安裝并 固連在磁浮臺上盤59上，收集罐19固連于磁浮臺底盤28)上，且收集罐19的軸線與磁浮 臺底盤28轉(zhuǎn)軸重合，收集罐分為上腔和下腔，上腔和下腔由電控閥門24)連通，下腔通過 導(dǎo)氣管23與大氣連通，上腔通過運輸管21與液體燃料箱22連通；液體燃料箱子系統(tǒng)4中燃 料液面變化通過激光測距傳感器69測量，測量信號傳輸?shù)脚_上計算機60;通過臺上計算機 60控制第二激振器70和電控閥門24;本發(fā)明的技術(shù)特征還在于該系統(tǒng)還包括快速機動天線子系統(tǒng)3，該子系統(tǒng)水平安裝于 磁浮臺的上盤59上，它由步進(jìn)電機12、傳動系統(tǒng)16、兩個機動天線18和減速器13組成； 所述的傳動系統(tǒng)16由主動齒輪、傳動齒輪和從動齒輪構(gòu)成，兩個機動天線分別與主動齒輪和 從動齒輪連接；快速機動天線子系統(tǒng)3中機動天線18的姿態(tài)通過第二旋轉(zhuǎn)變壓器68測量， 測量信號傳輸?shù)脚_上計算機60;通過臺上計算機60控制第二步進(jìn)電機12。本發(fā)明的又一技術(shù)特征是所述的剛彈液耦合航天器物理仿真實驗系統(tǒng)還包括大型柔性天線子系統(tǒng)5，該子系統(tǒng)包括大型天線30、柔性支撐臂29和小型氣浮臺32，大型天線30通 過柔性支撐臂29與磁浮臺底盤28固連；所述的大型天線包括天線軸47、用于調(diào)整天線軸垂 直度的調(diào)整裝置，旋轉(zhuǎn)變壓器44、減速器37和天線砝碼51;旋轉(zhuǎn)變壓器44和減速器分別通 過聯(lián)軸器與天線軸47相連接，天線砝碼51通過天線臂49與天線軸相連；天線軸47通過軸 承座41與調(diào)整裝置相連，調(diào)整裝置由支撐連接板36，調(diào)整連接板35和調(diào)整連接管53組成； 調(diào)整連接管53通過摩擦片58與柔性支撐臂29相連；天線砝碼51通過第一氣墊31置于小型 氣浮臺32上。旋轉(zhuǎn)變壓器44通過第二氣墊置于小型氣浮臺32上；大型柔性天線了系統(tǒng)5中 的大型天線的姿態(tài)通過第一旋轉(zhuǎn)變壓器44測量，柔性支撐臂29)的振動通過第二線性加速 度計71測量，測量信號分別傳輸?shù)脚_上計算機60;通過臺上計算機60控制第三激振器72 和第三歩進(jìn)電機。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點即突出性效果本發(fā)明所示提供的剛彈液耦合航 天器物理仿真實驗系統(tǒng)由磁浮臺子系統(tǒng)、撓性附件子系統(tǒng)、快速機動天線子系統(tǒng)、液體燃料 箱子系統(tǒng)和大型柔性天線子系統(tǒng)組成。由于考慮了諸多工程實際因素，本發(fā)明能夠提供一個 較為貼近實際的剛彈液耦合多體航天器系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)驗證的控制方案和相關(guān)實驗結(jié)果具 有較高工程參考價值。該物理仿真實驗系統(tǒng)主要用于研究剛彈液耦合多體航天器在軌運行的 動力學(xué)行為及相關(guān)姿態(tài)控制問題。


圖1是剛彈液耦合多體航天器物理仿真系統(tǒng)示意圖。圖2是撓性附件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是快速機動天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是液體燃料箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是液體收集罐的剖視圖。圖6是液體燃料箱系統(tǒng)傳感器和激振器分布示意圖。圖7是大型柔性天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是圖7中A向示意圖。圖9是圖7中B向示意圖。圖10是圖9中C部分的局部剖視圖。圖11是剛彈液耦合航天器物理仿真實驗系統(tǒng)的測量與控制示意圖。圖中1-單軸磁浮臺子系統(tǒng)；2-撓性附件子系統(tǒng)；3-快速機動天線子系統(tǒng)；4-液體燃料 箱子系統(tǒng)；5-大型柔性天線子系統(tǒng)；6-螺母；7-第一步進(jìn)電機及傳動裝置；8-支承架；9-夾 緊裝置；10-撓性板；11-滾珠絲桿；12-第二步進(jìn)電機；13-減速器；14-減速器底座；15-第一砝碼；16-齒輪傳動系統(tǒng)；17-配重；18-機動天線；19-收集罐；20-隔板；21-運輸管；22-燃料箱；23-導(dǎo)氣管；24-電控閥門；25-引導(dǎo)管；26-下腔；27-上腔；28-磁浮臺底盤；29-柔性支撐臂；30-大型天線；31-第一氣墊；32-小型氣浮臺；33-第二氣墊；34_加固環(huán)；35-調(diào)整連接板；36-支承連接板；37-減速器；38-減速器支架；39-上聯(lián)軸器；40-軸承座蓋；41 軸承座；42傳感器支架；43傳感器座；44第一旋轉(zhuǎn)變壓器；45-下聯(lián)軸器；46傳感器壓蓋； 47天線軸；48定位螺栓；49天線臂；50-砝碼座；51_第二砝碼；53-調(diào)整連接管；54-第一 緊固螺栓；55-第二緊固螺栓；57-第三緊固螺栓；58-摩擦片58; 60-臺上計算機；61-臺下 計算機；62-感應(yīng)同步器；63-速度積分螺陀；64-動量輪；65-噴氣發(fā)動機；66-第一線性加速 度計；67-第一激振器；68-第二旋轉(zhuǎn)變壓器；69-激光測距傳感器；70-第二激振器；71-第二 線性加速度計；72-第三激振器；73-第三歩進(jìn)電機。
具體實施方式
如圖1所示，剛彈液耦合航天器物理仿真實驗系統(tǒng)由單軸磁浮臺子系統(tǒng)l、撓性附件子 系統(tǒng)2、快速機動天線子系統(tǒng)3、液體燃料箱子系統(tǒng)4和大型柔性天線子系統(tǒng)5組成。在物理 實驗方案設(shè)計中，單軸磁浮臺子系統(tǒng)l、撓性附件子系統(tǒng)2采用了目前的成熟技術(shù)方案，快 速機動天線子系統(tǒng)3和液體燃料箱子系統(tǒng)4是本發(fā)明的創(chuàng)新性設(shè)計。單軸磁浮臺子系統(tǒng)1用于模擬太空無重力環(huán)境。單軸磁浮臺子系統(tǒng)主要由磁浮臺底盤28、 動量輪64、噴氣發(fā)動機65、感應(yīng)同歩器62、速度積分陀螺63、主從計算機系統(tǒng)60和61組 成。單軸磁浮臺1的磁浮臺底盤28上安裝有臺上計算機60，可與臺下計算機61進(jìn)行無線通 信，如圖l和圖ll所示。磁浮臺底盤28用以模擬航天器中心剛體。可以利用磁浮臺幾乎無 摩擦的特點，模擬航天器在軌運動情況。同時，在磁浮臺底盤28上安裝有航天器正常工作所 需的相關(guān)設(shè)備(如動量輪64、噴氣發(fā)動機65、感應(yīng)同步器62、速度積分陀螺63、電源、數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)、臺上計算機60等)。中心剛體(磁浮臺底盤28)的執(zhí)行機構(gòu)采用"動量輪64-噴氣發(fā)動機65"組合方式。其中，動量輪64可以輸出正反向連續(xù)變化的控制力矩，應(yīng)用噴 氣發(fā)動機65可以對動量輪64進(jìn)行卸載。采用感應(yīng)同步器62和速度積分陀螺63測量中心剛 體的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。為了盡量模擬衛(wèi)星真實情況，加入地球敏感器數(shù)學(xué)模型，模擬地球敏感器 信息，參與中心體姿態(tài)的計算。撓性附件子系統(tǒng)2由撓性板IO、支承架8、第一步進(jìn)電機及傳動裝置7、夾緊裝置9和 第一線性加速度計66及第一激振器67五部分組成，如圖2和圖11所示。兩塊撓性板10對 稱安裝在磁浮臺底盤28兩側(cè)，撓性板10振動方向與重力方向垂直，可以模擬撓性板在失重 條件下的振動狀態(tài)。為了模擬航天器的撓性結(jié)構(gòu)在太空中展開和收縮運動，撓性板10的安裝 點距中心轉(zhuǎn)軸的距離是可變的。將線性加速度計66配置在撓性板上，用于測量指定點的振動 加速度變化情況，進(jìn)而積分后可得撓性板在該點的振動線位移和線速度。撓性板可伸縮部分 采用如下成熟方案，其工作原理為柔性附件的振動通過安置在其上的四個第一線性加速度 計66進(jìn)行檢測，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，輸入臺上計算機60。臺上計算機60發(fā)出指令控制第一歩進(jìn)電機7，再經(jīng)過減速器減速及滾珠絲桿11和螺母6驅(qū)動撓性板10沿直線移動。當(dāng)撓性板10 達(dá)到期望位置后，通過夾緊裝置9夾緊。在螺母6和夾緊裝置9之間的撓性板由于受到螺母 和夾緊裝置的約束，對中心體姿態(tài)影響很小，可以忽略不計。在夾緊裝置9之外撓性板可視 為懸臂梁，是影響中心體姿態(tài)運動的主要因素，改變該部分撓性板的長度，可以改變系統(tǒng)總 轉(zhuǎn)動慣量、剛?cè)狁詈舷禂?shù)和帆板振動頻率。在實驗中，可以通過臺上計算機60控制撓性板的 伸縮運動，從而實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)時變的目的?？焖贆C動天線子系統(tǒng)3為本發(fā)明的創(chuàng)新性設(shè)計，其水平安裝于磁浮臺上盤59上，主要模 擬航天器的快速機動附件，如圖1所示。機動天線18轉(zhuǎn)動平面與重力方向垂直，可以模擬天 線在失重條件下的運動狀態(tài)?？焖贆C動天線系統(tǒng)3由機動天線18、齒輪傳動系統(tǒng)16、第二步 進(jìn)電機12及減速器13組成，如圖3所示。采用第二旋轉(zhuǎn)變壓器68測量快速機動天線的轉(zhuǎn)角， 如圖11所示。工作原理為臺上計算機60可以控制第二步進(jìn)電機12的轉(zhuǎn)動，經(jīng)過減速器 13減速，通過齒輪傳動系統(tǒng)16同步驅(qū)動一對反對稱安裝的機動天線18同步轉(zhuǎn)動。增加或減 少兩個機動天線18上的第一砝碼15可以改變機動天線18的質(zhì)量特性。當(dāng)磁浮臺上的設(shè)備相 對磁浮臺轉(zhuǎn)軸存在偏心時，由于重力作用會使磁浮軸承產(chǎn)生較大傾覆力矩。這會使磁浮臺產(chǎn) 生較大附加摩擦力矩，從而失去模擬太空無重力環(huán)境的能力。因此，單軸磁浮臺要求所有臺 上設(shè)備的公共質(zhì)心必須經(jīng)過磁浮臺的軸心。由于本子系統(tǒng)采用齒輪傳動系統(tǒng)16同歩驅(qū)動機動 天線18，使得機動天線18的運動不會引起公共質(zhì)心變化，避免磁浮臺失效。液體燃料箱子系統(tǒng)4為本發(fā)明的創(chuàng)新性設(shè)計。該子系統(tǒng)主要由運輸管21、燃料箱22、收 集罐19、電控閥門24、激光測距傳感器69組成，如圖4、圖6和圖11所示。圖4是液體燃 料箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖該液體燃料箱子系統(tǒng)包括四個液體燃料箱22，收集罐19，激光測距傳感 器69和激振器70，四個液體燃料箱22對稱安裝并固連在磁浮臺上盤59上，收集罐19固連 于磁浮臺底盤28上，且收集罐19的軸線與磁浮臺底盤28轉(zhuǎn)軸重合，收集罐分為上腔和下腔， 上腔和下腔由電控閥門24連通，下腔通過導(dǎo)氣管23與大氣連通，上腔通過運輸管21與液體 燃料箱22連通；液體燃料箱子系統(tǒng)4中燃料液面變化通過激光測距傳感器69測量，測量信 號傳輸?shù)脚_上計算機60;通過臺上計算機60控制第二激振器70和電控閥門24。四個燃料箱22與大氣相通，通過運輸管21與收集罐19的上腔27相聯(lián)。收集罐19的 上腔27是密閉的，且內(nèi)部充滿燃料，如圖5所示。四個液體燃料箱22相對磁浮臺轉(zhuǎn)軸對稱 安裝并固連在磁浮臺上，收集罐19固連于磁浮臺上盤59上，且收集罐19的軸線與磁浮臺轉(zhuǎn) 軸重合，如圖1所示。傳感器配置如圖6所示，四個燃料箱22上方裝有激光傳感器69，可 以測量燃料液面高度變化，用來研究大角度機動時燃料的晃動情況。液體燃料箱子系統(tǒng)4的 主要功能為模擬航天器燃料消耗過程，即燃料箱22液體流入收集罐19，液體燃料相對磁浮 臺轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動慣量變小。同時液體燃料箱子系統(tǒng)4工作原理具體為通過臺上計算機60控制電 控閥門24開合。當(dāng)電控制閥門24打開時，根據(jù)連通器原理，在大氣和重力作用下燃料經(jīng)過電控閥門24經(jīng)引導(dǎo)管25流入下腔26。四個導(dǎo)氣管25用于排除下腔內(nèi)26的空氣，以使燃料 順利流入。液體燃料箱子系統(tǒng)4的設(shè)計方案能保證四個燃料箱22液面同步下降，各燃料箱 22液體流量相同不會引起偏心，從而不會對磁浮臺產(chǎn)生不良影響。液體燃料箱子系統(tǒng)4設(shè)計 有以下兩點需要注意燃料箱22和運輸管21的加工精度及安裝位置度必須達(dá)到較高精度要 求；在模擬燃料消耗時，受到激光傳感器69量程的限制，燃料箱22液面變化不能過大，否 則傳感器69將失效。因此，燃料箱的直徑應(yīng)盡量大些。在大型柔性天線子系統(tǒng)5設(shè)計中的機械設(shè)計部分為創(chuàng)新性設(shè)計。如圖5和圖11所示，大 型柔性天線子系統(tǒng)5主要由柔性支撐臂29、大型天線30、第一氣墊31、小型氣浮臺32、第 二氣墊33和第三激振器72組成。主要功能是研究大型機動天線、柔性天線支撐臂和磁浮臺 大盤(中心剛體)的動力學(xué)耦合問題；研究天線高精度跟蹤指向控制問題。柔性支撐臂的一 端固連在磁浮臺底盤28上，另一端安裝有大型機動天線。這種相對磁浮臺中心軸的非對稱安 裝，會對磁浮臺性能造成極大影響，這里采用小型氣浮臺32卸載天線重力方案，即在大型機 動天線下部安裝兩個卸載氣墊31和33，確保磁浮臺配平并繞鉛垂軸正常轉(zhuǎn)動，小型氣浮臺 32用花崗石平臺作為水平基準(zhǔn)平面。為了研究撓性支撐臂29對大型天線30跟蹤的影響，考 慮衛(wèi)星使用固面天線的情況，天線反射面固有頻率較高。因此，只要注意天線支撐臂29和天 線30組合結(jié)構(gòu)撓性的基頻模擬就夠了。大型機動天線30的具體結(jié)構(gòu)如圖6所示，由加固環(huán)34、調(diào)整連接板35、支承連接板36、 減速器37、減速器支架38、聯(lián)軸器39、軸承座蓋40、軸承座41、傳感器支架42、傳感器座 43、雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器44、聯(lián)軸器45、傳感器壓蓋46、天線軸47、定位螺栓48、天線臂49、 砝碼座50、天線砝碼51、歩進(jìn)電機74、調(diào)整連接管53、緊固螺栓54、 55和57、摩擦片58 組成。使大型機動天線30通過柔性天線支撐臂29與磁浮臺底盤28固連。支撐連接板36與 調(diào)整連接板35通過第一緊固螺栓54和定位螺栓48相連接，其中定位螺栓48為鉸制孔螺栓。 調(diào)整連接板35通過第三緊固螺栓57與調(diào)整連接管53固連。調(diào)整連接板35通過摩擦片58與 柔性支撐臂29相連，通過第一緊固螺栓54可以使調(diào)整連接板35與柔性支撐臂29固連。第 二砝碼51可以繞天線軸47做定軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動平面與重力方向垂直，可以模擬天線在失重條 件下的運動狀態(tài)。通過增減第二砝碼51可以改變天線的質(zhì)量特性。在仿真實驗中，要求柔性 支撐臂29帶負(fù)載時的頻率與實際的頻率盡量相同?？梢酝ㄟ^選用不同直徑的鋼管，經(jīng)安裝調(diào) 試使其與空間的基頻大致相同，以使實驗結(jié)果更具工程參考價值。由于大型機動天線30要求天線軸與地面垂直，在大型天線安裝中需進(jìn)行調(diào)整。在第二緊 固螺栓55松開的情況下，使調(diào)整連接板35轉(zhuǎn)動繞定位螺栓48 (即％力軸)轉(zhuǎn)動，可以調(diào)節(jié) 天線軸47沿y軸方向的自由度；在第一緊固螺栓54松開的情況下，調(diào)整連接板35通過調(diào)整 連接管53相對柔性天線支撐臂29轉(zhuǎn)動(即繞AA軸)，可以調(diào)節(jié)天線軸47沿義軸方向的自 由度。通過,、/方向的調(diào)整可使天線軸47與地面垂直。調(diào)整完畢后，鎖死緊固螺栓54、 55即可。這種調(diào)整方式，結(jié)構(gòu)簡單，且能滿足精度要求。大型機動天線子子系統(tǒng)5選擇第一旋轉(zhuǎn)變壓器44做為測量元件，其測出位置信號經(jīng)16 位RDC角度轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過RS232接口傳輸?shù)脚_上計算機60，從而構(gòu)成天線位置 檢測反饋通道。旋轉(zhuǎn)變壓器44與天線同軸相聯(lián)，可以實時反饋天線實際位置，作為位置反饋 和速度反饋的根據(jù)，它可對第三步進(jìn)電機73運行過程中可能產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖與實際轉(zhuǎn)角不對 應(yīng)(丟步或越步)現(xiàn)象進(jìn)行糾錯，以實現(xiàn)精確速度控制和高精度位置伺服。如圖11所示，為了方便研究耦合系統(tǒng)的動力學(xué)特性，實驗裝置設(shè)計安裝了豐富的傳感器 和激振器，通過選擇不同的控制、測量、激振組合，可以設(shè)計多種仿真方案，研究多種工況。 單軸磁浮臺子系統(tǒng)1的磁浮臺底盤28的轉(zhuǎn)動角度和角速度分別通過感應(yīng)同步器62和速度積 分螺陀測量63，測量信號分別傳輸?shù)脚_上計算機60中，通過臺上計算機60控制動量輪64 和噴氣發(fā)動機65;撓性附件子系統(tǒng)2中的撓性附件10的振動通過第一線性加速度計測量66， 測量信號傳輸?shù)脚_上計算機60中，通過臺上計算機60控制第一激振器67和第一歩進(jìn)電機7; 快速天線子系統(tǒng)3中的機動天線18的轉(zhuǎn)角通過第二旋轉(zhuǎn)變壓器68測量，測量信號傳輸?shù)脚_ 上計算機60中，通過臺上計算機60控制第二步進(jìn)電機12;液體燃料箱子系統(tǒng)4的燃料箱22 中液體燃料的晃動能過激光測距傳感器69測量，測量信號傳輸?shù)脚_上計算機60中，通過臺 上計算機60控制第二激振器70和電控閥門23;大型柔性天線子系統(tǒng)5中的大型天線的轉(zhuǎn)動 通過第二旋轉(zhuǎn)變壓器44測量，柔性支撐臂29的振動通過第二線性加速度計測量，測量信號 都傳輸?shù)脚_上計算機60中，通過臺上計算機60控制第三激振器72和第三步進(jìn)電機73。
權(quán)利要求
1. 一種剛彈液耦合航天器物理仿真實驗系統(tǒng)，含有單軸磁浮臺子系統(tǒng)(1)和撓性附件子系統(tǒng)(2)，單軸磁浮臺子系統(tǒng)(1)含有臺上計算機(60)，臺下計算機(61)，磁浮臺底盤(28)和磁浮臺上盤(59)，其特征在于該系統(tǒng)還含有液體燃料箱子系統(tǒng)(4)，所述的液體燃料箱子系統(tǒng)包括四個液體燃料箱(22)，收集罐(19)，激光測距傳感器(69)和激振器(70)，四個液體燃料箱(21)對稱安裝并固連在磁浮臺上盤(59)上，收集罐(19)固連于磁浮臺底盤(28)上，且收集罐(19)的軸線與磁浮臺底盤(28)轉(zhuǎn)軸重合，收集罐分為上腔和下腔，上腔和下腔由電控閥門(24)連通，下腔通過導(dǎo)氣管(23)與大氣連通，上腔通過運輸管(21)與液體燃料箱(22)連通；液體燃料箱子系統(tǒng)(4)中燃料液面變化通過激光測距傳感器(69)測量，測量信號傳輸?shù)脚_上計算機(60)；通過臺上計算機(60)控制第二激振器(70)和電控閥門(24)；
2. 按照權(quán)利要求1所述的剛彈液耦合航天器物理仿真實驗系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包括快速機動天線子系統(tǒng)(3)，該子系統(tǒng)水平安裝于磁浮臺的上盤(59)上，它由步進(jìn)電機 (12)、傳動系統(tǒng)(16)、兩個機動天線(18)和減速器(13)組成；所述的傳動系統(tǒng)(16)由主動齒輪、傳動齒輪和從動齒輪構(gòu)成，兩個機動天線分別與主動齒輪和從動齒輪連接；快速機動天線子系統(tǒng)(3)中機動天線(18)的姿態(tài)通過第二旋轉(zhuǎn)變壓器(68)測量，測量信號 傳輸?shù)脚_上計算機(60);通過臺上計算機(60)控制第二步進(jìn)電機(12);
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的剛彈液耦合航天器物理仿真實驗系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包括大型柔性天線子系統(tǒng)(5),該子系統(tǒng)包括大型天線(30)、柔性支撐臂(29)和小型 氣浮臺(32)，大型天線(30)通過柔性支撐臂(29)與磁浮臺底盤(28)固連；所述的大型 天線包括天線軸(47)、用于調(diào)整天線軸垂直度的調(diào)整裝置，旋轉(zhuǎn)變壓器(44)、減速器(37) 和天線砝碼(51);旋轉(zhuǎn)變壓器(44)和減速器分別通過聯(lián)軸器與天線軸(47)相連接，天線 砝碼(51)通過天線臂(49)與天線軸相連；天線軸(47)通過軸承座(41)與調(diào)整裝置相 連，調(diào)整裝置由支撐連接板(36)，調(diào)整連接板(35)和調(diào)整連接管(53)組成；調(diào)整連接管 (53)通過摩擦片(58)與柔性支撐臂(29)相連；天線砝碼(51)通過第一氣墊(31)置 于小型氣浮臺(32)上。旋轉(zhuǎn)變壓器(44)通過第二氣墊置于小型氣浮臺(32)上；大型柔 性天線了系統(tǒng)(5)中的大型天線的姿態(tài)通過第一旋轉(zhuǎn)變壓器(44)測量，柔性支撐臂(29) 的振動通過第二線性加速度計(71)測量，測量信號分別傳輸?shù)脚_上計算機(60);通過臺上 計算機(60)控制第三激振器(72)和第三步進(jìn)電機。
全文摘要
剛彈液耦合航天器物理仿真實驗系統(tǒng)，屬于航天控制技術(shù)領(lǐng)域。該仿真實驗系統(tǒng)由磁浮臺子系統(tǒng)、撓性附件子系統(tǒng)、快速機動天線子系統(tǒng)、液體燃料箱子系統(tǒng)和大型柔性天線子系統(tǒng)組成。應(yīng)用連通器原理設(shè)計了液體燃料箱系統(tǒng)子系統(tǒng)，保證四個燃料箱液面同步下降，各燃料箱液體流量相同不會引起偏心，確保磁浮臺正常工作。采用齒輪傳動系統(tǒng)同步驅(qū)動一對反對稱安裝的快速機動天線，使得天線的運動不會引起公共質(zhì)心變化，避免對磁浮臺造成不良影響。通過選擇不同控制、測量、激振組合，該實驗系統(tǒng)可以用于研究剛彈液耦合系統(tǒng)的動力學(xué)特性、中心體姿態(tài)機動及多目標(biāo)姿態(tài)跟蹤控制等多類問題。
文檔編號G09B25/00GK101286281SQ20081011450
公開日2008年10月15日 申請日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者徐劍波, 李俊峰, 王天舒, 袁長清 申請人:清華大學(xué)