一種太空飛行器試驗測試儀器搭載系統的製作方法

2023-06-07 15:03:51

本發明屬於太空飛行器地面試驗技術領域，具體涉及一種太空飛行器試驗測試儀器搭載系統。

背景技術：

隨著空間通信技術的發展和對深空探測的需求，天線直徑越來越大，由於衛星的攜帶能力和攜帶空間的限制，星載可展開天線應運而生。一般星載可展天線都具有收攏態、從收攏態到展開態的中間的過渡狀態、保持鎖定為工作狀態的展開態三種狀態，但由於複雜的太空環境，一般仿真結果難以達到令人信服的展開天線的高可靠性的要求。一旦在太空中展開失敗，代價將非常巨大。因此，大型星載展開天線的展開特性，需由地面試驗來進行驗證。

地面環境與太空環境差異非常大，特別是是溫度環境。某太空飛行器攜帶的一種可展開式天線，要求能在-100℃～+80℃正常工作，因此研製了一種高低溫攝影測量系統對其在高低溫變化時的性能進行測試。

由於天線展開後直徑過大，需要把天線懸掛在大型平臺網架上，然後用測量相機對其掃描，然後將掃描的數據傳輸給控制系統進行處理，一臺測量相機的視場不能覆蓋整個天線，現有的技術是設置四個測量相機對其進行掃描，然後將四個測量相機的視場進行拼接，但測量相機價格比較高昂，因此需要設計一種只需使用一臺測量相機就可完成對整個天線測量的系統。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種太空飛行器試驗測試儀器搭載系統，其結構簡單、性能穩定，使用該系統只需用一臺測量相機，降低了成本。

本發明解決上述問題的技術方案是：一種太空飛行器試驗測試儀器搭載系統，包括固定導軌，其特殊之處在於，所述固定導軌為圓形導軌，其橫截面為工字型；

還包括滑車組合和動力機構；滑車組合可在固定導軌上移動，動力機構為滑車組合提供動力。

進一步地，上述動力機構包括電機艙、伺服電機和鋼纜；

電機艙為一密封艙，固定在安裝基礎的下部並靠近固定導軌，電機艙的外表面包裹有保溫層，電機艙底部設有溫控氣出入口，溫控氣對電機艙的溫度進行調節，控制系統控制溫控氣進出電機艙；

伺服電機設置在電機艙內，伺服電機的驅動軸伸出電機艙的上表面；

電機艙的上部設有超越離合器卷線輪和兩個導向輪，固定導軌外側的中部均勻設置有多個過線輪；動力機構的數量為兩個，分別為左動力機構和右動力機構；

鋼纜通過過線輪繞在固定導軌上，鋼纜的兩端經過導向輪後，分別卷繞在兩個動力機構的超越離合器卷線輪上。

進一步地，所述兩個導向輪之間還設有張緊輪，通過張緊輪繃緊鋼纜。

進一步地，上述滑車組合包括底座和滑車；所述滑車的數量為兩個，安裝在底座上；底座上還設置有立柱，立柱上端設有固定環；

滑車包括u形支架，u形支架兩翼內壁的上部設有對稱的支撐導輪，u形支架底邊內表面上設有兩個輔助保持滾輪，兩個輔助保持滾輪分別與兩翼的支撐導輪相對應。

進一步地，上述u形支架底邊內表面上設有立杆，立杆上套設有套座，套座可沿立杆上下移動，輔助保持滾輪設置在套座上，立杆上還套設有保持彈簧，保持彈簧的一端與u形支架底邊內表面接觸，另一端與套座接觸，保持彈簧將套座頂起。

進一步地，上述支撐導輪和輔助保持滾輪的表面均設有橡膠層，可以降噪防振。

本發明相比現有技術的優點：

1、本發明只使用一臺測量相機就可實現對待測天線進行測量，減少了成本。

2、本發明的電機艙的溫度可進行調控，隔離試驗艙環境溫度變化對伺服電機的影響，保證伺服電機工作在最佳工作溫度下工作。

3、滑車組合在固定導軌上的安裝為下掛式，兩個支撐導輪卡在工字型固定導軌內側的下表面，兩個輔助保持滾輪在保持彈簧的作用下從下向上頂住工字型固定導軌底部，這樣就形成兩組導輪抱緊工字型固定導軌的下橫梁，即使在高低溫環境下，也可以保持支撐導輪與導軌的良好接觸，有效防止滑車組合在運動過程中發生翻車現象。把兩組滑車的u形支架用底座固連，就可以保證滑車組合在滑動過程中始終保持水平狀態，從而保證測量相機的平穩性。

4、左動力機構和右動力機構的驅動電機進行卷線，收線相互配合，實現測量相機的圓周掃描拍攝任務。在運動過程中，為了防止鋼纜因為左右兩個伺服電機的的配合上出現長度偏差，設計了張緊輪，使鋼纜在運動和靜止狀態下都能保值在導向輪上繃緊。

附圖說明

圖1是本發明實施例的整體結構主視圖；

圖2是本發明實施例的實驗艙內的俯視圖；

圖3是本發明實施例的支撐系統和掃描拍攝系統的結構示意圖；

圖4是本發明實施例的掃描拍攝系統的立體圖；

圖5是本發明實施例的太空飛行器試驗測試儀器搭載系統立體圖；

圖6是本發明實施例的滑車安裝於固定導軌的立體圖；

圖7是本發明實施例的滑車組合的結構圖；

圖8是本發明實施例的桁架單元結構示意圖；

圖9是本發明實施例的動力機構剖視圖；

圖10是本發明實施例桁架單元中連接球體及部分連接杆的結構示意圖。

其中：1-試驗艙；2-支撐系統；201-平臺網架；202-支撐柱；203-連接球體；204-連接杆；3-控制系統；4-太空飛行器試驗測試儀器搭載系統；402-固定導軌；403-滑車組合；4031-底座；4032-滑車；4033-立柱；4034-固定環；4035-u形支架；4036-支撐導輪；4037-輔助保持滾輪；4038-立杆；4039-套座；40310-保持彈簧；4041-電機艙；4042-伺服電機；4043-鋼纜；4044-超越離合器卷線輪；4045-導向輪；4046-過線輪；4047-張緊輪；4048-溫控氣出入口；5-測量相機；6-待測天線。

具體實施方式

下面結合附圖及給出的實施例對本發明進行詳述：

參見圖1和圖2，一種高低溫攝影測量系統，包括試驗艙1、支撐系統2、控制系統3、太空飛行器試驗測試儀器搭載系統4和測量相機5。支撐系統2、太空飛行器試驗測試儀器搭載系統4和測量相機5設置在試驗艙1內，控制系統3設置在試驗艙1外。

試驗艙1為一密封艙，設有隔溫層。

平臺網架201和支撐柱202均由多個桁架單元組成。

太空飛行器試驗測試儀器搭載系統4搭載測量相機5用於對待測天線6進行掃描，獲取圖像和測量數據，並實時傳輸給控制系統3。控制系統3用於對測量相機5傳輸的圖像和測量數據進行實時採集、數據處理及存儲。

參見圖3，支撐系統2包括平臺網架201，平臺網架201由多根支撐柱202進行支撐，太空飛行器試驗測試儀器搭載系統4設置在平臺網架201的下部。

參見圖4和圖5，該太空飛行器試驗測試儀器搭載系統，包含固定導軌402，滑車組合403和動力機構。固定導軌402為圓形導軌，其橫截面為工字型。

固定導軌402設置在平臺網架201底面的中央，滑車組合403可在固定導軌402上移動，測量相機401設置在滑車組合403上，動力機構為滑車組合403提供動力。

參見圖6和圖7，一種滑車組合403，包括底座4031和滑車4032；滑車4032的數量為兩個，安裝在底座4031上；底座4031上還設置有立柱4033，立柱4033上端設有固定環4034。滑車組合403通過固定環4034與鋼纜4043連接。

滑車4032包括u形支架4035，u形支架4035兩翼內壁的上部設有對稱的支撐導輪4036，u形支架4035底邊內表面上設有兩個輔助保持滾輪4037，兩個輔助保持滾輪4037分別與兩個支撐導輪4036相對應。u形支架4035底邊內表面上設有立杆4038，立杆4038上套設有套座4039，套座4039可沿立杆4038上下移動，輔助保持滾輪4037設置在套座4039上，立杆4038上還套設有保持彈簧40310，保持彈簧40310的一端與u形支架4035底邊內表面接觸，另一端與套座4039接觸。

支撐導輪4036和輔助保持滾輪4037的表面均設有橡膠層，起到減振和降噪作用。

滑車4032在固定導軌402上的安裝為下掛式，兩個支撐導輪4036卡在工字型固定導軌402內側下表面，兩個輔助保持滾輪4037在保持彈簧40310的作用下從下向上頂住工字型固定導軌402底部，這樣就形成兩組導輪抱緊工字型固定導軌402的下橫梁，即使在高低溫環境下，也可以保持支撐導輪4036與固定導軌402的良好接觸，有效防止滑車4032在運動過程中發生翻車現象。

滑車4032在固定導軌402上滑動時，兩組導輪的剖切面垂直與固定導軌402截面，滑車就有較好的滑動性能，但是，不能保證滑車4032始終保持水平狀態，造成測量相機5不穩定。因此，把兩組滑車4032用底座4031固連，就可以保證測量相機55在滑車4032滑動過程中始終保持水平狀態。

參見圖8，動力機構包括電機艙4041、伺服電機4042和鋼纜4043。動力機構的數量為兩個，分別為左動力機構和右動力機構。

電機艙4041為一密封艙，固定在平臺網架201的下部並靠近固定導軌402，電機艙4041的外表面包裹有保溫層，電機艙4041底部設有溫控氣出入口，溫控氣對電機艙4041的溫度進行調節，控制系統3控制溫控氣進出電機艙4041。

伺服電機4042設置在電機艙4041內，伺服電機4042的驅動軸伸出電機艙4041的上表面。

電機艙4041的上部設有超越離合器卷線輪4044和兩個導向輪4045，固定導軌402外側的中部均勻設置有多個過線輪4046。鋼纜4043通過過線輪4046繞在固定導軌402上，鋼纜4043的兩端經過導向輪4045後，分別卷繞在兩個動力機構的超越離合器卷線輪4044上。兩個導向輪4045之間還設有張緊輪4047，張緊輪4047用於繃緊鋼纜4043。

參見圖9和圖10，桁架單元由八個連接球體203和至少十二根連接杆204組成；連接球體203上設置有正向螺孔和斜向螺孔；正向螺孔最多包括上、下、左、右、前、後向螺孔；斜向螺孔包括水平斜向、垂直斜向、斜下方向、斜上方向的一個或多個螺孔。連接杆204的兩端設置有與連接球體203螺孔相匹配的螺紋；八個連接球體203通過至少十二根連接杆204固連為長方體結構，其中正方體結構為最佳。

固定導軌402與支撐系統2均採用304不鏽鋼材質，使高低溫環境下材料膨脹係數保持一致。固定導軌選用10#標準截面工字鋼。

高低溫攝影測量系統的工作原理是：試驗艙1內的溫度在-100℃～+80℃之間變化。控制系統3發出測量指令後，動力機構開始轉動，左動力機構和右動力機構通過兩個伺服電機4042鋼纜4043驅動安裝測量相機5的滑車組合403沿固定導軌402做圓周運動。測量相機5開始進行拍攝測量，轉過360度後，動力機構停止，此時系統完成一次測量數據的採集過程。控制系統3在測量過程中，實時監測試驗艙1內的環境溫度、電機艙4041的溫度，如果電機艙4041的溫度超出伺服電機4042的工作溫度，控制系統3將發出指令，溫控氣從溫控氣進出電機艙4041進行溫度調節；在一次數據採集完成後，控制系統3計算出待測天線6的面型數據。如果要監測隨溫度變化的面型數據，則需要進行多次基於溫度的面型參數，最終計算得出待測天線5面型隨溫度的變化特徵。

測量相機5在掃描運動過程中，左動力機構的伺服電機驅動超越離合器卷線輪收線；此時右動力機構超越離合器卷線輪內的超越離合器發生作用，根據左動力機構的伺服電機收線的力矩大於右動力機構的超越離合器卷線輪中的超越離合器的反向保持力矩時，右動力機構的卷線輪放線，測量相機實現0～360°的繞待測天線6垂軸拍攝運動；到終點後，右驅動電機收線，左驅動電機放線，過程同上，測量相機實現360°～0°的拍攝運動。

左動力機構和右動力機構的卷線、收線相互配合，實現測量相機5的圓周掃描拍攝任務。在運動過程中，為了防止鋼纜4043因為兩個伺服電機4042的的配合上出現長度偏差，設計了張緊輪4047，使鋼纜4043在運動和靜止狀態下都能保持在向輪4045上繃緊。