[发明专利]一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法及装置

说明书

本发明提供的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法及装置，重力卸载轴系通过吊索吊装待测载荷，通过配重块平衡待测载荷的重量，待测载荷放置在待测载荷垂直轴系上，当待测载荷偏心旋转部分绕待测载荷垂直轴系的第二旋转轴运动时，重力卸载轴系与待测载荷垂直轴系同时产生旋转运动，由于待测载荷垂直轴系与重力卸载轴系利用同一电机信号驱动，因此重力卸载轴系与待测载荷运动部分有相同的旋转角速度，实现待测载荷工作过程中的重力卸载。

技术领域

本发明涉及空间设备地面试验空间微重力模拟技术领域，尤其设计一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法及装置。

背景技术

由于空间项目耗资巨大，为了保证升空后的各种设备正常工作，并达到所要求的性能指标，因而一般在空间飞行器发射前，要在地面进行大量地面试验，而对空间微重力环境的模拟是进行地面调试必须要解决的问题，即在地面调试过程对载荷进行重力卸载。

目前采用的重力卸载方法主要有落塔法、抛物飞行法、水浮法、气浮法和悬吊法等.期刊《Microgravity Experiment of a Space Robotic Arm using ParabolicFlight》涉及的落塔法通过在微重力塔中执行自由落体运动，从而能产生微重力试验环境。建造微重力塔成本非常昂贵，单次微重力实验时间过短。文献《失重飞机飞行方法研究》中介绍了抛物飞行法，利用飞行进行抛物线机动飞行来创造微重力和低重力环境。抛物飞行法需要配备失重飞机，试验设备建造成本非常昂贵，同样没有解决单次实验时间过短的问题。期刊《The Reaction Stabilization of Onorbit Robots》中介绍了一种水浮法，通过水的浮力来抵消设备重力的影响，这种方法需要对设备的密封防水性能非常好，由于水阻力和紊流的存在，影响实验的精度，且维护成本非常高。气浮法通过平面气浮轴承或气浮导轨实现对其上负载的重力卸载，实现微重力环境模拟，如中国专利“一种空间微重力环境地面模拟实验装置”(公开号：CN103466109A),设备地面空间占用大，对于工作中本体有三维运动的设备的调试试验有一定的局限性。

悬吊法时通过吊丝的垂直拉力来平衡飞行器自身重力，结构相对简单易于实现，应用比较广泛。如文献《大口径空间相机地面装调时的重力卸载方法》涉及龙门支架悬吊方案，减小了重力对镜头装配的影响，这种悬吊法适合于地面试验时静止无运动或运动方向平行于重力方向的设备。对于地面试验中需要进行运动的空间设备来说，目前采用的悬吊法微重力模拟设备均采用被动控制方式，采用柔性索悬吊，随设备运动，支撑随动机构的轴承运动摩擦大，其滞后运动反而成为空间设备运动的阻力，严重影响试验精度。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法及装置，利用同一电机信号驱动吊装的重力卸载轴系旋转，达到与载荷旋转运动同步的效果，实现在偏心载荷工作过程中的微重力模拟。

本发明的第一方面，提供一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，包括：

固定支架、安装在所述固定支架顶部的具有第一旋转轴的重力卸载轴系、安装在所述第一旋转轴上的支撑件、可转动安装在所述支撑件上的滑动组件、设置在所述固定支架底部的用于承载待测载荷的固定平台、设置在所述固定平台上的用于实现所述待测载荷转动的待测载荷垂直轴系、用于控制所述待测载荷垂直轴系和所述重力卸载轴系转动的控制器、绕设在所述滑动组件上两侧的用于平衡所述待测载重量的配重块以及与所述配重块连接用于吊装所述待测载荷的吊索，所述第一旋转轴与所述待测载荷垂直轴系的第二旋转轴共线，在进行重力卸载时，所述待测载荷固定在所述待测载荷垂直轴系上，所述吊索吊装在所述待测载荷的质心位置，调整所述配重块质量与所述待测载荷的重量相匹配，所述控制器控制所述待测载荷垂直轴系和所述重力卸载轴系同步转动以完成所述待测载荷的重力卸载。

作为一种可能的实现方式，所述固定支架上还包括第一位置调整组件，所述第一位置调整组件与所述重力卸载轴系固定连接，通过所述第一位置调整组件调整所述重力卸载轴系的位置直到所述第一旋转轴与所述第二旋转轴共线。