[发明专利]哑铃形变径气浮滑轮纵向重力补偿装置

说明书

哑铃形变径气浮滑轮纵向重力补偿装置，涉及飞行器地面零重力模拟领域。解决了现有进行竖直方向零重力模拟装置存在承载能力较低、且需用与目标载荷相同重量的配重去做重力补偿，所需要配重质量较大，存在影响动力学与运动学的模拟的问题。本发明包括哑铃形变径气浮滑轮机构、配重框、随动框、支撑基座和气足；配重框和随动框的运动方向相反；哑铃形变径气浮滑轮机构，用于实现通过气浮润滑的方式实现气浮滑轮近似无摩擦的转动，对其通过配重端绳和随动端绳进行正反变径卷扬的方式，实现配重端以比随动端少的质量达到平衡，进而实现随动端的重力补偿。主要用于航天器动力学方面的地面模拟。

技术领域

本发明涉及飞行器地面零重力模拟领域。

背景技术

航天器地面试验是提高航天器运行可靠性的重要手段，高保真的地面试验可以尽早暴露出航天器在轨运行的一些问题，如控制、动力学特性等方面的问题，高保真的地面试验要求高精度的姿态、轨道以及力学方面的模拟。对于姿态方面的模拟，一般可采用气浮球轴承，对于水平二维轨道的模拟一般可以采用气浮止推轴承在大理石平台上运动来模拟。

目前航天任务越来越复杂，如空间机械臂、航天器在轨服务等任务对于高精度的竖向零重力模拟的需求越来越大。竖直方向零重力模拟技术也是航天领域的难点技术，目前国内外都有一些尝试，但还没有很成熟的手段。

竖直方向零重力模拟的一个方法是通过气浮滑轮与配重，将目标载荷的重力利用配重抵消，同时利用气浮滑轮的气浮摩擦近似为零，实现高精度的重力补偿。一般采用的气浮滑轮为圆柱气浮定滑轮，这种滑轮承载能力较低，且常规定滑轮方法需采用与目标载荷相同重量的配重去做重力补偿，这就会带来与目标载荷接近的附加质量，所需要配重质量较大，影响动力学与运动学的模拟。

发明内容

本发明目的是为了解决现有进行竖直方向零重力模拟的装置存在承载能力较低、且需用与目标载荷相同重量的配重去做重力补偿，所需要配重质量较大，存在影响动力学与运动学的模拟的问题，本发明提供了一种哑铃形变径气浮滑轮纵向重力补偿装置。

哑铃形变径气浮滑轮纵向重力补偿装置，包括N个哑铃形变径气浮滑轮机构、配重框、随动框、支撑基座和气足；N为大于或等于2的整数；

随动框上固定有载荷；

N个哑铃形变径气浮滑轮机构沿周向均匀布设在支撑基座的顶端面上；

气足固定在支撑基座的底端面上；

配重框和随动框共轴，且配重框套在随动框外侧，二者间存在间隙；

配重框和随动框均可相对于支撑基座的顶端面上、下移动；

每个哑铃形变径气浮滑轮机构的配重端绳的自由端与配重框的下部固定连接，每个哑铃形变径气浮滑轮机构的随动端绳的自由端与随动框的下部固定连接；

哑铃形变径气浮滑轮机构通过气浮润滑的方式实现转动，通过每个哑铃形变径气浮滑轮机构上的配重端绳和随动端绳的变径卷扬，使得与配重端绳连接的配重框和与随动端绳连接的随动框上、下移动，从而实现通过配重框对随动框和载荷进行重力补偿；其中，配重框和随动框的运动方向相反。

优选的是，每个哑铃形变径气浮滑轮机构包括配重端绳、随动端绳、哑铃形变径气浮滑轮和两个气浮球窝；

哑铃形变径气浮滑轮包括两个气浮球和变径连接轴，且变径连接轴在长度方向上划分成两部分，分别为大径轴和小径轴，

变径连接轴的两端各固定一个气浮球；

配重端绳的固定端固定在哑铃形变径气浮滑轮的大径轴上，并缠绕在大径轴上；

随动端绳的固定端固定在哑铃形变径气浮滑轮的小径轴上，并缠绕在小径轴上；

配重端绳的绕线方向与随动端绳的绕线方向相反；