空间柔性机构的地面二维竖直展开方法.pdf

空间柔性机构的地面二维竖直展开方法，步骤如下：(1)在空间柔性机构上选取强度和刚度的最大值点作为着力点；(2)将吊挂绳与空间柔性机构在着力点处进行连接，通过吊挂绳将空间柔性机构吊挂在与水平面相垂直的竖直方向上，吊挂绳的延长线应过空间柔性机构的重心，吊挂绳的张力应与空间柔性机构的重量相平衡；(3)将转动臂与空间柔性机构在着力点处进行连接，由转动臂带动空间柔性机构在与水平面相垂直的竖直平面内从初始位置至与竖直方向成θ角的范围内转动，3°≤θ≤5°；(4)在转动过程中，空间柔性机构实现二维展开。本发明方法具有符合空间机构地面展开试验原理、实现简便、易于操作、成本低廉的特点。

1、  空间柔性机构的地面二维竖直展开方法，其特征在于步骤如下：
(1)在空间柔性机构上选取强度和刚度的最大值点作为着力点；
(2)将吊挂绳(5)与空间柔性机构在着力点处进行连接，通过吊挂绳(5)将空间柔性机构吊挂在与水平面相垂直的竖直方向上，吊挂绳(5)的延长线应过空间柔性机构的重心，吊挂绳(5)的张力应与空间柔性机构的重量相平衡；
(3)将转动臂(2)与空间柔性机构在着力点处进行连接，由转动臂(2)带动空间柔性机构在与水平面相垂直的竖直平面内从初始位置至与竖直方向成θ角的范围内转动，3°≤θ≤5°；
(4)在转动过程中，空间柔性机构实现二维展开。

2、  根据权利要求1所述的空间柔性机构的地面二维竖直展开方法，其特征在于：所述吊挂绳(5)的未与空间柔性机构相连的一端连接测力计或通过滑轮(11)连接与空间柔性机构重量相同的配重。

空间柔性机构的地面二维竖直展开方法
技术领域
本发明涉及一种在地面模拟零重力环境下，空间大型柔性轻型机构的二维竖直展开方法。
背景技术
空间柔性机构在轨展开的情况如图1所示，图中1为解锁机构，2为转动臂，3为电机，4为卫星星体。初始状态时，空间柔性机构在卫星星体4上的位置A，并通过解锁机构1与卫星星体4相连。当解锁机构1与卫星星体4分离后，在电机3的驱动下，转动臂2带动空间柔性机构做二维转动，转动到位置B后停止，在位置B空间柔性机构再进行最终的展开动作。
为了确保空间柔性机构在轨展开成功，在地面展开验证试验是必不可少的。对于上述空间柔性机构的空间二维转动，通常采用的方法为地面模拟零重力展开试验，其原理如图2、3所示，图中5为吊挂绳，6为吊挂滑轨，7为气浮托架，运动平面在XOZ面上，重力方向(-Y轴方向)与XOZ面正交。吊挂绳5用于平衡空间柔性机构的重量，为了保证转动臂2带动空间柔性机构做二维转动的过程中模拟零重力状态，要求吊挂绳5始终沿着吊挂滑轨6滑动。对于有些空间柔性机构，由于其结构过于柔软，采用直接吊挂的方式(如图2所示)或托举的方式(如图3所示)将可能使其内部结构或机构异常受力而变形，可能影响正常的展开功能，导致展开失败。主要原因是采用上述两种方式，无法在空间机构上找到合适的吊挂点和托举面，或者说吊挂的着力点不是空间柔性机构上强度和刚度的最大值点。若为了解决上述问题单纯的将空间柔性机构进行翻转，在前述最大值点处进行吊挂，又无法保证吊挂绳5的延长线经过空间柔性机构的重心，从而无法满足地面模拟零重力展开试验的原理和要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种操作简单、成本低廉的空间柔性机构地面二维竖直展开方法。
本发明的技术解决方案为：空间柔性机构的地面二维竖直展开方法，步骤如下：
(1)在空间柔性机构上选取强度和刚度的最大值点作为着力点；
(2)将吊挂绳与空间柔性机构在着力点处进行连接，通过吊挂绳将空间柔性机构吊挂在与水平面相垂直的竖直方向上，吊挂绳的延长线应过空间柔性机构的重心，吊挂绳的张力应与空间柔性机构的重量相平衡；
(3)将转动臂与空间柔性机构在着力点处进行连接，由转动臂带动空间柔性机构在与水平面相垂直的竖直平面内从初始位置至与竖直方向成θ角的范围内转动，3°≤θ≤5°；
(4)在转动过程中，空间柔性机构实现二维展开。
所述吊挂绳的未与空间柔性机构相连的一端连接测力计或通过滑轮连接与空间柔性机构重量相同的配重。
上述方法的原理是：采用竖直吊挂空间柔性机构的方式，使得运动方向与铅锤方向处于同一平面内。采用此种方式时，竖直吊挂的着力点通常选择在转动臂与空间柔性机构的连接处，因为按照设计，此位置的强度和刚度较大，不会因吊挂引起变形而产生结构或机构异常受力。而且采用此种方式比较容易调整吊挂的位置，使得吊挂的延长线通过空间柔性机构的重心，从而满足地面模拟零重力展开试验的原理和要求。
采用转动臂带动空间柔性机构在竖直平面内转动小角度(3°≤θ≤5°)，这样就使运动的方向与铅锤方向近似正交，同时，由于转动角度较小，吊挂绳的张力在铅锤方向的分量与空间柔性机构的重量近似相同(cos3°＝0.9986，cos5°＝0.9962)，在地面上就可以进行模拟零重力展开试验。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明方法在与水平面相垂直的竖直平面内进行转动，选取空间柔性机构上的强度和刚度最大值点进行吊挂，克服了在与空间柔性机构质心运动轨迹铅锤方向直接进行托举或吊挂会使空间柔性机构柔软的结构变形和损坏的不足，使得空间柔性机构有利于保持其固有状态，而且竖直吊挂的方式比较容易调整吊挂的位置，使得吊挂的延长线通过空间柔性机构的重心，由于在竖直平面内转动角度较小，吊挂绳的张力在铅锤方向的分量与空间柔性机构的重量近似相同，满足地面模拟零重力展开试验的原理和要求。另外，本方法在工程应用上比现有常规方法简单易行，相对于在常规模拟地面零重力展开试验方法中使用的地面辅助设备和装置，如气浮台、展开架、吊挂滑轨等，由于其均属于大型试验的操作，试验准备周期长、动用的地面辅助设备和试验设备多，从而导致试验的高成本，而采用本发明的方法模拟地面零重力展开试验使用的地面辅助设备和装置数量少、易获得、对场地要求低并且成本低廉。
附图说明
图1为空间柔性机构在轨展开的示意图；
图2为现有的采用吊挂方式的空间柔性机构地面模拟零重力展开试验的示意图；
图3为现有的采用托举方式的空间柔性机构地面模拟零重力展开试验的示意图；
图4为本发明方法的流程框图；
图5为本发明方法的原理图；
图6为本发明实施例中天线系统地面模拟零重力展开试验的示意图。
具体实施方式
如图4、5所示，为本发明方法的流程及原理图。首先应在空间柔性机构上选取强度和刚度的最大值点作为着力点，此最大值点通常位于空间柔性机构与转动臂2的连接处。然后将吊挂绳5与空间柔性机构在着力点处进行连接，通过吊挂绳5将空间柔性机构吊挂在与水平面相垂直的竖直方向上，吊挂绳5的延长线应过空间柔性机构的重心，吊挂绳5的张力应与空间柔性机构的重量相平衡。
为了可以满足地面模拟零重力展开试验的要求，通常在吊挂绳5的另一端连接测力计或通过滑轮11连接与空间柔性机构重量相同的配重，使得空间柔性机构满足零重力状态。然后将转动臂2与空间柔性机构在着力点处进行连接，由转动臂2带动空间柔性机构在与水平面相垂直的竖直平面内从初始位置至与竖直方向成θ角的范围内转动，在转动过程中，空间柔性机构实现二维展开。
由于转动臂2带动空间柔性机构相对于铅锤位置偏了一定的角度，从而使得吊挂绳5的张力在铅锤方向的分量与空间柔性机构的重量不再相同，但只要θ角的度数足够小，即可以使得cosθ的值近似为1，从而满足空间柔性机构的零重力状态要求。通常选取3°≤θ≤5°即可满足实际要求。
实施例
如图6所示，为某天线系统地面模拟零重力展开试验初始位置的示意图。整个试验系统由转动臂2、电机3、卫星星体4、吊挂绳5、天线反射器8、馈源9、配重10、定滑轮11组成。在此试验系统中，天线反射器8也就是上面提到的空间柔性机构，试验要求其在YOZ面内由电机3驱动转动臂2带动转动5°。
具体的展开步骤如下：
步骤1：天线反射器8、馈源9、电机3和转动臂2与卫星星体4按照设计要求安装到位，安装状态与卫星发射状态相同；
步骤2：在试验大厅的顶部确定两个牢固的挂点；挂点的高度应不小于9.0m(吊挂点的高度越高越好，当然，这取决于试验大厅的高度)；
步骤3：将定滑轮11与试验大厅顶部的挂点相连；
步骤4：吊挂绳5的一端与配重10相连，另一端绕过定滑轮11与天线反射器8相连；配重10的重量值由直接称量天线反射器8的重量获得；
步骤5：在天线反射器8、馈源9、电机3和转动臂2构成的组合体重心的延长线上找到一个刚度和强度最大值的硬点与吊挂绳5的另一端相连；
步骤6：通过指令将天线反射器8与卫星星体4解锁；
步骤7：通过指令将天线反射器8由电机3驱动转动臂2转动，转动角度为5°；
步骤8：在转动到预期位置后，天线反射器8自身进行三维展开；
步骤9：在展开试验(转动5°)的过程中对电机3的技术参数进行测量与记录，用于判断转动过程中是否出现异常。
本方法可以应用于其它类似产品的二维展开机构的试验验证策略。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。