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基于真空负压吸附的太阳翼重力卸载技术

机械工程学报 2020年第5期56卷 202-210页

作者：张加波王辉李云姜力元李德勇何鹏鹏北京卫星制造厂有限公司北京100094 清华大学机械工程系北京100084

空间可展开机构在地面装配和模拟展开试验过程中受到重力作用而产生应力或变形,在太空环境下重力消失引起应力释放,造成空间机构的性能发生变化影响其在轨可靠运行。针对太阳翼等空间可展开机构地面装配和展开试验的重力卸载需求,提出... 详细信息

空间可展开机构在地面装配和模拟展开试验过程中受到重力作用而产生应力或变形,在太空环境下重力消失引起应力释放,造成空间机构的性能发生变化影响其在轨可靠运行。针对太阳翼等空间可展开机构地面装配和展开试验的重力卸载需求,提出基于真空负压吸附的重力卸载方法,通过对太阳翼的展开动力学分析,建立卸载重力的太阳翼动力学模型;分析摩擦因数对真空负压吸附系统运动性能的影响规律和重力补偿系统的跟随响应特性,实现重力卸载系统在水平面内的自由移动和快速跟随。试验结果表明,真空负压吸附重力卸载系统的接触界面摩擦因数小于0.08,在40N的太阳翼载荷下重力补偿系统的响应误差为±5%,综合重力卸载精度可以达到94.6%。因此,基于真空负压吸附的重力卸载方法具有很高的自由度和跟随响应速度,能够满足太阳翼等空间可展开机构精密装配和模拟展开试验的需求。

关键词：太阳翼真空负压吸附重力卸载二维平动

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大口径空间反射镜的重力卸载优化方法

红外与激光工程 2021年第1期50卷 271-279页

作者：孙熠璇罗世魁高超陈芳宗肖颖杜建祥刘子嘉白杰北京空间机电研究所北京100094

针对某Φ1550 mm口径高轻量化反射镜在轨面形误差RMS优于1/50λ(λ=632.8 nm)的高精度要求,为模拟在轨失重状态,降低反射镜光轴水平状态面形检测时重力的影响,对反射镜进行了多点主动支撑式重力卸载参数优化。首先,在反射镜分区的基础上... 详细信息

针对某Φ1550 mm口径高轻量化反射镜在轨面形误差RMS优于1/50λ(λ=632.8 nm)的高精度要求,为模拟在轨失重状态,降低反射镜光轴水平状态面形检测时重力的影响,对反射镜进行了多点主动支撑式重力卸载参数优化。首先,在反射镜分区的基础上,提出了卸载力大小、支撑点数量及轴向初始位置的确定原则;随后,建立反射镜的有限元模型,以重力与卸载力共同作用下主镜面形RMS优于0.002λ为目标,以卸载力轴向位置为参数进行仿真优化,通过对参数的影响规律分析总结出快速优化要点,实现优化过程的简化;最终使重力引起的面形误差RMS值减小至0.00145λ。将优化后参数应用于反射镜光轴水平状态的面形检测中,测得绕轴0°、120°、240°时面形RMS分别为0.0157λ、0.0161λ及0.0159λ,且面形分布较为一致,说明经卸载后重力对面形的影响被有效消除。所提出的重力卸载优化方法灵活高效,为实现大口径反射镜的高精度光学加工及在轨使用提供保障。

关键词：空间反射镜大口径重力卸载面形优化

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面向火星着陆器触地模拟试验的重力卸载系统

清华大学学报（自然科学版） 2023年第3期63卷 406-413页

作者：隋毅孙海宁黄伟董强黎光宇张剑勇张亚婧北京空间机电研究所北京100094 航天进入减速与着陆技术实验室北京100094 清华大学机械工程系北京100084 北京特种工程设计研究院北京100028

在地面环境下开展可靠且快速的验证试验是保障探测器成功着陆的关键。该文基于零自由长度弹簧模拟“天问一号”火星着陆的重力卸载系统,在触地阶段为探测器提供火星表面的重力环境,破解卸载力在触地及剧烈碰撞过程中平稳、恒定输出的技... 详细信息

在地面环境下开展可靠且快速的验证试验是保障探测器成功着陆的关键。该文基于零自由长度弹簧模拟“天问一号”火星着陆的重力卸载系统,在触地阶段为探测器提供火星表面的重力环境,破解卸载力在触地及剧烈碰撞过程中平稳、恒定输出的技术难题,利用弹簧对冲击力等高频干扰的截断能力,使重力卸载系统在剧烈动态过程中保持平稳的输出。试验结果表明:系统的恒力输出最大平均误差为1.5%,可有效保障大行程、重载、高速和冲击条件下恒定卸载力的施加。系统的负载可调设计可适配不同目标行星的重力环境,提高了相关触地模拟的试验效率。

关键词：火星着陆器触地模拟重力卸载恒拉力

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气浮试验台重力卸载精度分析

机械工程学报 2019年第5期55卷 1-10页

作者：杨国永王洪光姜勇凌烈常勇高峰杨帆中国科学院沈阳自动化研究所沈阳110016 中国科学院大学北京100049 北京控制工程研究所北京100080

针对中继卫星天线驱动机构,提出了一种在地面进行分级同步重力卸载的气浮试验台,对卫星天线驱动机构的性能进行测试。介绍了分级同步重力卸载的机理和气浮试验台的结构,通过运动学动力学推导,计算了天线驱动机构两个关节的驱动力矩,通... 详细信息

针对中继卫星天线驱动机构,提出了一种在地面进行分级同步重力卸载的气浮试验台,对卫星天线驱动机构的性能进行测试。介绍了分级同步重力卸载的机理和气浮试验台的结构,通过运动学动力学推导,计算了天线驱动机构两个关节的驱动力矩,通过对其运行状态进行分析,得到试验台稳定运行时的重力卸载精度影响因素,包括可调弹簧机构的弹簧力、水平轴负载不平衡、同轴度偏差、气足和气浮主轴黏滞阻力和花岗岩平台的水平程度。对各个影响因素进行详细的分析,确定其对重力卸载精度影响的程度,采用层次分析法,得到了气浮试验台的重力卸载精度。结果表明可调弹簧机构和水平轴负载的不平衡对重力卸载精度的影响较大,因此在试验台调试阶段需要对这两项进行微调,提高重力卸载精度。通过对试验台的测试,证明了重力卸载的有效性,同时得到各个因素对重力卸载精度的整体影响程度,与理论分析结果相符。

关键词：重力卸载气浮主轴气足重力卸载精度气浮试验台

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大口径空间相机地面装调时的重力卸载方法

航天返回与遥感 2016年第5期37卷 69-76页

作者：李玲赵野北京空间机电研究所北京100094

大口径空间相机在地面装调时,结构受重力影响较大,各光学元件间的位置精度会发生变化。如果不对重力进行卸载,各反射镜间支撑结构在轨道空间的微重力环境下发生回弹,改变各元件之间的相对位置,会造成传递函数下降,影响系统成像品质。文... 详细信息

大口径空间相机在地面装调时,结构受重力影响较大,各光学元件间的位置精度会发生变化。如果不对重力进行卸载,各反射镜间支撑结构在轨道空间的微重力环境下发生回弹,改变各元件之间的相对位置,会造成传递函数下降,影响系统成像品质。文章针对某型号三反同轴大口径空间相机,分析了在地面进行光轴水平状态装调时,结构的重力变形对镜头传递函数的影响,计算结果表明反射镜支撑结构的重力变形会造成光学传递函数下降超过20%。针对重力的影响,需要对次镜和三镜所处悬臂端进行卸载。文中设计了五种卸载方案,对各方案分别进行仿真和优化计算,确定了卸载方式和卸载力的大小,并设计了一套卸载装置,在实际装调中根据测试结果对卸载力进行修正。试验结果证明该方法满足系统调试要求,可为其它大口径相机地面装调的重力卸载提供参考。

关键词：大口径地面装调重力卸载优化空间相机

套筒驱动的大型可展收柔性太阳翼地面展开重力卸载研究

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载人航天 2017年第4期23卷 536-540,545页

作者：杨巧龙闫泽红任守志宋晓东何鹏鹏北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京理工大学宇航学院北京100081 北京卫星制造厂北京100092

大型空间展开机构在微重力环境工作,自身不具备克服地面重力展开的能力,在地面进行展开试验验证时,需对机构进行重力卸载。套筒驱动的大型可展收柔性太阳翼存在在轨展开步骤多路径复杂、活动部件多、收拢构型紧凑而展开尺度大的特点,地... 详细信息

大型空间展开机构在微重力环境工作,自身不具备克服地面重力展开的能力,在地面进行展开试验验证时,需对机构进行重力卸载。套筒驱动的大型可展收柔性太阳翼存在在轨展开步骤多路径复杂、活动部件多、收拢构型紧凑而展开尺度大的特点,地面重力卸载难以实现。以过程无需调整航天器姿态就完成全部展开步骤为目标,利用气浮法、配重法、悬吊法等对展开过程的不同步骤设计了相应的重力卸载方案。采用特殊构型的工装解决了干涉问题,采用主动牵引的方法消除了工装引入的摩擦力。方案得到地面展开试验验证,具有工程借鉴价值。

关键词：柔性太阳翼重力卸载气浮法配重法悬吊法

剪式可展开天线运动学分析与重力卸载方案设计

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剪式可展开天线运动学分析与重力卸载方案设计

作者：韩家旭燕山大学

学位级别：硕士

空间可展开天线是航天器在轨接收地面信号的关键装置。本文基于剪式机构提出了一种新型剪式可展单元,并以该可展单元构造空间可展开天线,进行了构型综合、运动学分析、反射面曲面拟合与软件实现、地面重力卸载方案设计的研究工作。具体... 详细信息

空间可展开天线是航天器在轨接收地面信号的关键装置。本文基于剪式机构提出了一种新型剪式可展单元,并以该可展单元构造空间可展开天线,进行了构型综合、运动学分析、反射面曲面拟合与软件实现、地面重力卸载方案设计的研究工作。具体内容如下:(1)基于约束螺旋法,以展收形式和节点类型为分类条件,进行构型综合并进行机构优选,确定了本文研究的对象为剪式机构。基于剪式机构构造了一种空间伸展臂和空间可展开天线,并完成了驱动方式设计和结构设计;(2)通过几何法、约束螺旋法、螺旋理论和图论相结合的三种方法,对剪式可展单元进行自由度分析。基于螺旋理论进行了运动学理论分析,建立可展单元运动学模型,仿真验证了运动学理论分析的正确性;(4)采用最小二乘法完成了从理论天线反射面变曲率曲面向实际天线反射面定曲率曲面的曲面拟合,以可展天线口径、焦距、偏距为参数化输入,编程实现了可展天线曲面拟合的软件化;(5)基于悬吊法提出了一种主动吊丝配重法,对空间可展开天线进行了重力卸载实验方案设计,模拟了太空微重力环境。对比传统吊丝配重法,体现了主动吊丝配重法的优越性。本文的研究对于空间可展开天线的构型设计、运动学分析、天线反射面曲面拟合和重力卸载模拟微重力环境具有重要意义。

关键词：剪式机构可展开天线螺旋理论运动学分析曲面拟合重力卸载

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空间索网天线重力卸载方法

空间索网天线重力卸载方法

作者：褚克萍西安电子科技大学

学位级别：硕士

目前,索网天线广泛应用于航天领域,然而由于地面环境和太空环境存在着重力场差异,且考虑到索网结构大尺度、大柔度、高度非线性的特点,在地面验证中如何对其进行重力卸载成为一项关键技术。针对这一问题,本文开展了以下三个方面的工作:... 详细信息

目前,索网天线广泛应用于航天领域,然而由于地面环境和太空环境存在着重力场差异,且考虑到索网结构大尺度、大柔度、高度非线性的特点,在地面验证中如何对其进行重力卸载成为一项关键技术。针对这一问题,本文开展了以下三个方面的工作:(1)研究了重力下索网结构的刚度非线性问题。首先,本文利用力密度法对无重力环境下的索网结构进行预张力设计,确保索网结构具有一定的刚度。其次,基于无重力环境下的结构状态,推导了重力环境下索网结构的静力平衡控制方程。分析表明重力下索网结构具有刚度非线性,并且索网的预张力、材料特性、几何拓扑形式等因素都对重力下索网的非线性程度有很大影响。最后,针对不同索网结构研究预张力大小、索网材料密度以及天线口径大小等参数对重力下的形面精度的影响。总结出重力环境下材料密度越大、口径越大时,在结构所能承受范围内,尽可能增大预张力,形面精度受重力的影响越小的规律。(2)研究了重力下索网结构形面分析方法。首先,基于悬链线索单元的特性分析,推导悬链线索单元节点力的求解公式。其次,根据竖向索的受力情况,给出了竖向索节点力的计算方法。再次,针对重力索网结构形面的求解问题,基于动力松弛法提出了一种新的数学求解模型。最后,分别以两根悬链线索结构、平面悬链线索网结构和空间网面反射面悬链线索网结构为对象分析上述求解模型的计算精度和速度。结果表明该方法计算精度高、迭代步数少,能够有效解决重力环境下索网结构的形面分析问题,并且具有良好的通用性。(3)研究了索网结构重力卸载的方法。首先,本文通过比较天线反射面重力卸载与形面调整的差异,明确索网天线反射面卸载原则。其次,考虑天线反射面的尺寸、形状以及工作状态,本文选用气球悬吊法对空间索网天线反射面进行重力卸载。然后,针对气球悬吊卸载中卸载点的分布以及卸载力的大小如何确定的问题,本文提出了两种方法,分别为综合卸载方法和基于灵敏度卸载法,并进行了算例分析。通过算例比较发现:综合卸载法和基于灵敏度卸载法卸载效果相差不大。但当卸载点较多时,综合卸载法优化变量增加,会导致优化计算量剧增,优化时间变得较长,很难求解到最优解。基于灵敏度卸载法卸载点分布和卸载力大小的均匀性较好,没有改变索网的内部结构,卸载效果较稳定。

关键词：索网天线非线性悬链线重力卸载

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一种分级同步重力卸载试验台

中国机械工程 2019年第7期30卷 818-824页

作者：杨国永王洪光姜勇凌烈中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院大学

卫星天线驱动机构由两个正交的旋转关节组成,为了在发射前测试其性能,提出了一种分级同步重力卸载方法,并根据该卸载方法搭建了气浮试验台。该试验台能够对天线驱动机构的两个正交关节进行重力卸载,同时提供两个关节的转动自由度。试验... 详细信息

卫星天线驱动机构由两个正交的旋转关节组成,为了在发射前测试其性能,提出了一种分级同步重力卸载方法,并根据该卸载方法搭建了气浮试验台。该试验台能够对天线驱动机构的两个正交关节进行重力卸载,同时提供两个关节的转动自由度。试验台采用两层结构的形式,用气浮垫和气浮主轴组合实现重力卸载,提供了驱动机构所需的两个关节的转动自由度。带载测试能够真实反映驱动机构的性能,椐此设计了基于频率和转动惯量约束的模拟负载,并安装在所设计的气浮试验台上。两层结构的形式解决了两轴转动惯量的耦合问题,同时能够达到给定的频率要求。对气浮试验台进行了测试,证明了分级同步重力卸载方法的有效性。

关键词：分级同步重力卸载卫星天线驱动机构气浮垫气浮主轴