[发明专利]电磁辅助式气浮恒力弹簧支架

说明书

电磁辅助式气浮恒力弹簧支架，涉及飞行器地面零重力模拟技术领域。本发明是为了使卫星模拟器能够提供六自由度的全方位三维空间模拟。本发明所述的电磁辅助式气浮恒力弹簧支架，包括：恒力弹簧系统和电磁主动式恒力补偿系统，电磁主动式恒力补偿系统包括：直线电机和直线电机输出端力传感器。直线电机的芯轴首端通过直线电机输出端力传感器与恒力弹簧系统的滚轮支架下表面相连，直线电机输出端力传感器用于采集直线电机的输出力，直线电机位于恒力弹簧系统的主弹簧的内部、且二者轴线重合，直线电机的末端连接有预紧螺母，主弹簧的两端分别与滚轮支架的下表面和预紧螺母相接触。

技术领域

本发明属于飞行器地面零重力模拟技术领域。

背景技术

随着航天技术的发展，空间机构的在轨服务与维护已成为了航天领域的前沿方向，而空间航天器的编队飞行技术、交会对接技术、空间机械臂的展开和抓捕技术等空间操纵技术作为空间在轨服务与维护的技术基础，更是航天技术目前的热点与难点。然而，空间操纵技术作为空间机构完成应用任务的技术基础，具有系统复杂、技术难度大、难以在实际工作环境下进行实验等困难。近年来，基于气浮平台系统开发的地面空间环境仿真系统成为了进行地面物理仿真验证工作的主流手段。该系统利用气浮机构超低摩擦的特点，能够以极逼真的程度在地面模拟空间飞行器在轨运动的实际状态，能够将空间零重力环境在地面进行高置信度的还原，代表了当今空间飞行器地面物理仿真的主流方向和先进水平。

目前，国内外地面仿真系统多采用三自由度或五自由度模拟器。三自由度模拟器仅能提供水平面的平动和竖直轴的转动，五自由度模拟器是在三自由度模拟器的基础上加上了气浮球轴承，增加了两个转动自由度。但日益增加的航天任务需求要求卫星模拟器提供六自由度的全方位三维空间模拟，使得传统的模拟器已无法满足需求。

发明内容

本发明是为了使卫星模拟器能够提供六自由度的全方位三维空间模拟，现提供电磁辅助式气浮恒力弹簧支架。

电磁辅助式气浮恒力弹簧支架，包括：恒力弹簧系统，和电磁主动式恒力补偿系统，电磁主动式恒力补偿系统包括：直线电机和直线电机输出端力传感器，直线电机的芯轴首端通过直线电机输出端力传感器与恒力弹簧系统的滚轮支架下表面相连，直线电机输出端力传感器用于采集直线电机的输出力，直线电机位于恒力弹簧系统的主弹簧的内部、且二者轴线重合，直线电机的末端连接有预紧螺母，主弹簧的两端分别与滚轮支架的下表面和预紧螺母相接触。

进一步的，上述恒力弹簧系统包括：主弹簧、两个辅助弹簧、两个刀式凸轮、两个滚轮和滚轮支架，两个滚轮分别架设在滚轮支架的两端、并能够转动，滚轮支架上表面设有恒力输出立柱，两个刀式凸轮分别位于两个滚轮的外侧，滚轮能够在其对应的刀式凸轮工作面上滚动，刀式凸轮上设有横杆，横杆与直线电机的芯轴垂直，两个辅助弹簧分别套接在两个横杆上，调节螺母设置在横杆的末端，辅助弹簧的两端分别与调节螺母和横杆首端固定连接，恒力输出立柱与载荷之间通过气浮机构相连。

进一步的，上述气浮机构包括：五层支撑板、N个气浮导向杆和2N个气浮导套，N为正整数，五层支撑板由上至下平行层叠设置，第一层支撑板和第二层支撑板之间通过3个载荷力传感器相连，载荷力传感器用于采集第一层支撑板和第二层支撑板之间的应力，N个气浮导向杆的首端与第二层支撑板底面垂直并固定连接，N个气浮导向杆的末端依次穿过第三、四层支撑板并与第五层支撑板上表面固定连接，每个气浮导向杆上均套接有两个气浮导套，同一个气浮导向杆上的两个气浮导套分别位于气浮导向杆与第三、四层支撑板的交界处。

进一步的，上述主弹簧、两个辅助弹簧、两个刀式凸轮、两个滚轮和滚轮支架均位于第三层支撑板和第四层支撑板之间，主弹簧、两个辅助弹簧、两个刀式凸轮、两个滚轮和滚轮支架还位于N个气浮导向杆的合围区域内，恒力输出立柱穿过第三层支撑板与第二层支撑板的底面相连。

进一步的，上述第一层支撑板的上表面设有用于支撑载荷的支撑立柱。

进一步的，上述N的取值为3，支撑板为三角形。