增速飛輪慣量模擬器及利用增速飛輪慣量模擬器實現太空飛行器轉動慣量和平動慣量模擬的方法
2023-05-15 08:56:41 2
增速飛輪慣量模擬器及利用增速飛輪慣量模擬器實現太空飛行器轉動慣量和平動慣量模擬的方法
【專利摘要】本發明公開了一種增速飛輪慣量模擬器及利用增速飛輪慣量模擬器實現太空飛行器轉動慣量和平動慣量模擬的方法，本發明增速飛輪慣量模擬器，與傳統的機械式(如多片槓鈴型等)機械慣量模擬器相比，通過增速飛輪慣量模擬器模擬大型太空飛行器機械慣量的方法，具有體積小、重量輕、結構簡單、工作性能穩定性好、動態響應快、費效比低的特點，可大大減小對於氣浮基礎平臺及其附屬試驗設備的結構和空間方面試驗環境的要求，增速飛輪慣量模擬器可直接安裝於轉臂關節處來模擬太空飛行器的轉動慣量，同時只需在氣浮基礎平臺兩個側面安裝增速飛輪慣量模擬器即可模擬太空飛行器的平動慣量。
【專利說明】增速飛輪慣量模擬器及利用增速飛輪慣量模擬器實現太空飛行器轉動慣量和平動慣量模擬的方法
【技術領域】
:
[0001]本發明涉及一種增速飛輪慣量模擬器及利用增速飛輪慣量模擬器實現太空飛行器轉動慣量和平動慣量模擬的方法，其應用於大型太空飛行器地面動力學物理仿真試驗，屬於力學、機械、控制等【技術領域】。
【背景技術】
:
[0002]大型太空飛行器如大型空間站等需要通過太空飛行器在軌對接、轉位等過程來實現，如何在地面實現全時序的地面運動學和動力學模擬，是太空飛行器研製任務中關鍵和重要的必要環節。大型太空飛行器運動具有慣量大，速度低的特點。傳統的機械式(如多片槓鈴型等)太空飛行器慣量模擬器一般用於模擬旋轉慣量，其旋轉角速度與太空飛行器實際轉位角速度相同。為達到大型太空飛行器轉位地面模擬試驗的要求，此類慣量模擬器的質量(即平動慣量)或尺寸往往非常大，不但具有較高的實施成本，而且對試驗場地、設備等方面提出了苛刻要求。
【發明內容】
:
[0003]本發明提出一種增速飛輪慣量模擬器及利用增速飛輪慣量模擬器實現太空飛行器轉動慣量和平動慣量模擬的方法，其能夠實現大型太空飛行器的轉動慣量和平動慣量模擬，可用於太空飛行器地面仿真的研製、驗收和鑑定試驗。
[0004]本發明採用如下技術方案:一種增速飛輪慣量模擬器，其包括殼體、輸入軸、安裝於輸入軸上的增速機、增速機的輸出軸以及安裝於輸出軸下末端飛輪，所述輸出軸、增速機及飛輪均位於殼體中，所述輸入軸的上末端位於殼體的上方之外。
[0005]本發明還採用如下技術方案:一種利用增速飛輪慣量模擬器實現太空飛行器轉動慣量模擬的方法，其包括如下步驟:
[0006]I).試驗前，根據試驗所要求的待模擬的在軌太空飛行器轉動慣量、太空飛行器模擬件轉動慣量以及在軌太空飛行器與地面太空飛行器模擬件的幾何尺寸差異，確定增速機的增速比及飛輪轉動慣量；
[0007]2).將太空飛行器模擬件與轉臂相連，轉臂關節處安裝有一電機，同時在轉臂關節處安裝增速飛輪慣量模擬器，其中電機轉軸一端與增速飛輪慣量模擬器輸入軸相連，另一端與轉臂相連，同時，電機與增速飛輪慣量模擬器的殼體均與基座(即與地面相連的固定端)相連；
[0008]3).在轉臂驅動力矩Tdiive的作用下，增速飛輪慣量模擬器輸入軸通過電機轉軸連同太空飛行器模擬件一起轉位，同時增速機將帶動增速飛輪慣量模擬器的飛輪旋轉，根據天地動力學相似原理，地面轉位角加速度εground天上角加速度εspace相同，設增速飛輪慣量模擬器中飛輪慣量Jg，增速機傳動比r，待模擬的在軌太空飛行器轉動慣量為Jspace，地面試驗中太空飛行器模擬件相對於電機轉軸的轉動慣量為Jground，則
【權利要求】
1.一種增速飛輪慣量模擬器,其特徵在於:包括殼體(5)、輸入軸(I)、安裝於輸入軸(I)上的增速機(2)、增速機的輸出軸(3)以及安裝於輸出軸(3)下末端飛輪(4)，所述輸出軸(3)、增速機(2)及飛輪⑷均位於殼體(5)中，所述輸入軸⑴的上末端位於殼體(5)的上方之外。
2.一種利用如權利要求1所述的增速飛輪慣量模擬器實現太空飛行器轉動慣量模擬的方法，其特徵在於:包括如下步驟 1).試驗前，根據試驗所要求的待模擬的在軌太空飛行器轉動慣量、太空飛行器模擬件轉動慣量以及在軌太空飛行器與地面太空飛行器模擬件的幾何尺寸差異，確定增速機的增速比及飛輪轉動慣量; 2).將太空飛行器模擬件與轉臂相連，轉臂關節處安裝有一電機，同時在轉臂關節處安裝增速飛輪慣量模擬器，其中電機轉軸一端與增速飛輪慣量模擬器輸入軸相連，另一端與轉臂相連，同時，電機與增速飛輪慣量模擬器的殼體均與基座相連； 3).在轉臂驅動力矩Ttive的作用下，增速飛輪慣量模擬器輸入軸通過電機轉軸連同太空飛行器模擬件一起轉位，同時增速機將帶動增速飛輪慣量模擬器的飛輪旋轉，根據天地動力學相似原理，地面轉位角加速度egMund與天上角加速度esp 相同，設增速飛輪慣量模擬器中飛輪慣量JK，增速機傳動比r，待模擬的在軌太空飛行器轉動慣量為Jsp.，地面試驗中太空飛行器模擬件相對於電機轉軸的轉動慣量為JgMund，則
3.一種利用如權利要求1所述的增速飛輪慣量模擬器實現太空飛行器平動慣量模擬的方法，其特徵在於:包括如下步驟 1).試驗前，根據試驗所要求的待模擬平動慣量、太空飛行器模擬件平動慣量以及在軌太空飛行器與地面太空飛行器模擬件的幾何尺寸差異，確定增速機的增速比及飛輪轉動慣量； 2).提供一種氣浮基礎平臺(7)，在所述氣浮基礎平臺(7)上漂浮有太空飛行器仿真器(8)，所述太空飛行器仿真器(8)通過軸承外聯兩根剛性仿真器導杆(9)，在所述氣浮基礎平臺(7)的外側壁上設置有L型導軌(11)，在所述L型導軌(11)的兩根杆上分別安裝有一根齒條(10)，在所述每根齒條(10)的一末端均設置有一固定孔，所述每根齒條(10)的一側均嚙合有一齒輪(12)，所述兩個齒輪(12)分別安裝於兩個增速飛輪慣量模擬器的輸入軸(I)上，所述太空飛行器仿真器(8)在進行平面運動時，仿真器導杆(9)無阻尼的穿過齒條(10)的固定孔，所述齒條(10)沿L型導軌(11)自由滑動，從而帶動增速飛輪慣量模擬器的輸入軸轉動進而帶動飛輪轉動； 3).將兩個增速飛輪慣量模擬器分別固定在地面上，氣浮基礎平臺固定於地面上，且保持水平，設太空飛行器仿真器平動慣量為Higround，待模擬平動慣量mspac;e，以X方向為例，記太空飛行器仿真器X方向加速度為ag_dx，待模擬加速度為asparax，用於X方向平動慣量模擬的飛輪轉動慣量為JKx，Fdrivra￡為X方向驅動力，所述地面實驗中太空飛行器模擬件所需要的驅動力與在軌太空飛行器所需要的驅動力一致，所述齒條(10)通過齒輪(12)和增速機及飛輪相連，所述齒條到飛輪的傳動比為rx，該傳動比rx與齒條齒輪間的傳動比和增速機的增速比有關
欲使agrcundx=aspacex,只需：
同理，對y方向運動進行分析，可以得到:
其中JKy和ry分別為用於y方向平動慣量模擬的飛輪轉動慣量以及齒條到飛輪的傳動比。
【文檔編號】B64G7/00GK104071361SQ201410291394
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】文浩, 金棟平, 陳提, 餘本嵩 申請人:南京航空航天大學