本發(fā)明涉及質(zhì)量慣量模擬件結(jié)構(gòu)，具體的說是一種基于給定頻率約束的質(zhì)量慣量模擬件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在對航天器進行地面仿真的試驗臺搭建時，為了能夠?qū)ζ溥\行性能進行測試，通常要考慮質(zhì)量慣量的模擬，設(shè)計的模擬件達到整體的質(zhì)量慣量要求即可，這種模擬件通常不存在繞不同軸的慣量的耦合問題(文獻1：schwartz，j.l.，m.a.peck，andc.d.hall.historicalreviewofspacecraftsimulators.文獻2：schwartz，j.l.，thedistributedspacecraftattitudecontrolsystemsimulator：fromdesignconcepttodecentralizedcontrol.文獻3：cho，s.，etal.equationsofmotionforthetriaxialattitudecontroltestbed.文獻4：ledebuhr，a.g.andl.c.ng，plumesat：amicro-satellitebasedplumeimagerycollectionexperiment.文獻5：sandor，v.，l.nick，andg.stephen，testbedforsatelliteformationflyingcontrolsystemverification.)。采用傳統(tǒng)的啞鈴型慣量模擬機構(gòu)容易導致兩軸轉(zhuǎn)動慣量的耦合問題，即水平軸轉(zhuǎn)動時，豎直軸的轉(zhuǎn)動慣量隨水平軸的轉(zhuǎn)動角度而變化，并且模擬件不能達到給定的頻率，以便試驗臺能夠更加真實的反應該驅(qū)動機構(gòu)的性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提出一種基于給定頻率約束的質(zhì)量慣量模擬件結(jié)構(gòu)。該模擬件結(jié)構(gòu)用于氣浮仿真試驗臺，用于滿足真試驗臺質(zhì)量慣量模擬要求。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于給定頻率約束的質(zhì)量慣量模擬件結(jié)構(gòu)，包括水平軸負載模擬件和氣足支撐組件，其中水平軸負載模擬件通過氣浮主軸可轉(zhuǎn)動地安裝在氣足 支撐組件上，所述水平軸負載模擬件可繞水平軸線轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)天線驅(qū)動機構(gòu)水平方向的微重力負載模擬，所述氣足支撐組件設(shè)置于氣浮試驗臺上、并帶動所述水平軸負載模擬件可繞豎直軸線轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)天線驅(qū)動機構(gòu)豎直方向的微重力負載模擬。

所述水平軸負載模擬件包括第一砝碼組件、第一拉線、第一負載支架、氣浮主軸轉(zhuǎn)軸、無框電機轉(zhuǎn)子、第二負載支架、第二拉線、第二砝碼組件、第三砝碼組件、第三負載支架及第三拉線，其中氣浮主軸轉(zhuǎn)軸沿水平方向可轉(zhuǎn)動地安裝在所述氣足支撐組件上，所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸的一端固設(shè)有無框電機轉(zhuǎn)子，所述第一負載支架、第二負載支架及第三負載支架沿周向均布于所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸上、并一端均與所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸固連，所述第一負載支架、第二負載支架及第三負載支架的末端分別設(shè)有第一砝碼組件、第二砝碼組件及第三砝碼組件，所述第一砝碼組件、第二砝碼組件及第三砝碼組件之間依次通過第一拉線、第二拉線及第三拉線連接，形成閉環(huán)。

所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸的另一端通過轉(zhuǎn)接件與驅(qū)動裝置連接。

所述第一砝碼組件包括可更換砝碼、第一固定砝碼、拉線連接板及第二固定砝碼，其中第一固定砝碼固定安裝在第二固定砝碼上，所述可更換砝碼可拆卸地安裝在所述第一固定砝碼上，所述第一固定砝碼或第二固定砝碼的兩側(cè)對稱設(shè)有拉線連接板，兩個所述拉線連接板分別與所述第一拉線和第三拉線連接；

所述第二砝碼組件及第三砝碼組件與所述第一砝碼組件結(jié)構(gòu)相同。

所述氣足支撐組件包括氣浮主軸軸套、支撐平板、無框電機定子、支撐底板、支腿及氣足，其中支撐底板的底部設(shè)有多個氣足，所述支撐底板的上方通過多個支腿設(shè)有支撐平板，所述氣浮主軸軸套和無框電機定子同軸安裝在所述支撐平板上，所述氣浮主軸軸套和無框電機定子分別套設(shè)于所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸和無框電機轉(zhuǎn)子上、并可相對轉(zhuǎn)動。

所述第一負載支架、第二負載支架及第三負載支架結(jié)構(gòu)相同，均為u型結(jié)構(gòu)，該u型結(jié)構(gòu)的開口端與所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸連接、并所述氣浮主軸軸套位于所述u型結(jié)構(gòu)的開口內(nèi)。

所述支撐底板為三角形，所述支腿及氣足均為三個、并分別設(shè)置于所述支撐底板的三個角上。

所述水平軸負載模擬件的質(zhì)心位于所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸上。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果為：

1.本發(fā)明在水平軸轉(zhuǎn)動時，豎直軸的轉(zhuǎn)動慣量不變，解決了兩軸轉(zhuǎn)動慣量耦合的問題，保證了運行過程中負載的恒定；

2.本發(fā)明模擬件在水平軸和豎直軸的慣量均達到要求的同時，模態(tài)基頻也能達到給定值，能夠更加真實的反應天線驅(qū)動機構(gòu)的性能；

3.本發(fā)明的模擬件變形量小，頻率低；

4.本發(fā)明轉(zhuǎn)動慣量可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，并能保證基頻變化在誤差允許的范圍之內(nèi)；

5.本發(fā)明采用更換配重砝碼的方式調(diào)節(jié)慣量，慣量值匹配方便。

6.本發(fā)明可用于兩軸正交天線驅(qū)動機構(gòu)地面氣浮試驗臺上，作為天線驅(qū)動機構(gòu)的負載。

附圖說明

圖1為本發(fā)明負載模擬件機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明水平軸負載模擬件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明砝碼組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明氣足支撐組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1為水平軸負載模擬件，2為氣足支撐組件，101為第一砝碼組件，102為第一拉線，103為第一負載支架，104為氣浮主軸轉(zhuǎn)軸，105為無框電機轉(zhuǎn)子，106為第二負載支架，107為第二拉線，108為第二砝碼組件，109為第三砝碼組件，110為第三負載支架，111為第三拉線，112為轉(zhuǎn)接板，1011為可更換砝碼，1012為第一固定砝碼，1013為拉線連接板，1014為第二固定砝碼，201為氣浮主軸軸套，202為支撐平板，203為無框電機定子，204為第一支腿，205為第一氣足，206為第二氣足，207為第三氣足，208為第二支腿，209為第三支腿，210為支撐底板，3為水平軸線，4為豎直軸線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種基于給定頻率約束的質(zhì)量慣量模擬件結(jié)構(gòu)，包括水平軸負載模擬件1和氣足支撐組件2，其中水平軸負載模擬件1通過氣浮主軸可轉(zhuǎn)動地安裝在氣足支撐組件2上，所述水平軸負載模擬件1可繞水平軸線3水平方向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)天線驅(qū)動機構(gòu)水平方向的微重力負載模擬，所述氣足支撐組件2設(shè)置于氣浮仿真試驗臺上、并帶動所述水平軸負載模擬件1可繞豎直軸線4豎直方向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)天線驅(qū)動機構(gòu)豎直方向的微重力負載模擬。

如圖2所示，所述水平軸負載模擬件1包括第一砝碼組件101、第一拉線102、第一負載支架103、氣浮主軸轉(zhuǎn)軸104、無框電機轉(zhuǎn)子105、第二負載支架106、第二拉線107、第二砝碼組件108、第三砝碼組件109、第三負載支架110及第三拉線111，其中氣浮主軸轉(zhuǎn)軸104可轉(zhuǎn)動地沿水平方向安裝在所述氣足支撐組件2上，所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸104的一端固設(shè)有無框電機轉(zhuǎn)子105，所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸(104)的另一端通過轉(zhuǎn)接件(112)與驅(qū)動電機連接。所述第一負載支架103、第二負載支架106及第三負載支架110沿周向均布于所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸104上、并一端均與所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸104固連，所述第一負載支架103、第二負載支架106及第三負載支架110的末端分別設(shè)有第一砝碼組件101、第二砝碼組件108及第三砝碼組件109，所述第一砝碼組件101和第二砝碼組件108之間通過第一拉線102連接，所述第二砝碼組件108和第三砝碼組件109之間通過第二拉線107連接，所述第三砝碼組件109和第一砝碼組件101之間通過第三拉線111連接，形成閉環(huán)。所述水平軸負載模擬件1的質(zhì)心位于所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸104上。驅(qū)動電機通過驅(qū)動轉(zhuǎn)接板1012實現(xiàn)水平軸負載模擬件1的水平方向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)天線驅(qū)動機構(gòu)水平方向的微重力負載模擬。

如圖3所示，所述第一砝碼組件101包括可更換砝碼1011、第一固定砝碼1012、拉線連接板1013及第二固定砝碼1014，其中第一固定砝碼1012固定安裝在第二固定砝碼1014上，所述可更換砝碼1011可拆卸地安裝在所述第一固定砝碼1012上，所述第一固定砝碼1012或第二固定砝碼1014的兩側(cè)對 稱設(shè)有拉線連接板1013，兩個所述拉線連接板1013分別與所述第一拉線102和第三拉線111連接。

所述第一固定砝碼1012和第二固定砝碼1014完全相同，用于實現(xiàn)模擬件的模態(tài)基頻，更換砝碼1011用于實現(xiàn)對模擬件基頻的調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)動慣量可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，并能保證基頻變化在誤差允許的范圍之內(nèi)。所述拉線連接板1013的一端固定于所述第一固定砝碼1012和第二固定砝碼1014之間，另一端為連接端，該連接端上設(shè)有拉線連接孔。

所述第二砝碼組件108及第三砝碼組件109與所述第一砝碼組件101結(jié)構(gòu)相同，在此不再贅述。

如圖4所示，所述氣足支撐組件2包括氣浮主軸軸套201、支撐平板202、無框電機定子203、支撐底板210、支腿及氣足，其中支撐底板210的底部設(shè)有多個氣足，所述支撐底板210的上方通過多個支腿設(shè)有支撐平板202，所述氣浮主軸軸套201和無框電機定子203同軸安裝在所述支撐平板202上，所述氣浮主軸軸套201和無框電機定子203分別套設(shè)于所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸104和無框電機轉(zhuǎn)子105上，所述氣浮主軸軸套201和氣浮主軸轉(zhuǎn)軸104及所述無框電機定子203和無框電機轉(zhuǎn)子105可相對轉(zhuǎn)動。

所述第一負載支架103、第二負載支架106及第三負載支架110結(jié)構(gòu)相同，均為u型結(jié)構(gòu)，該u型結(jié)構(gòu)的開口端與所述氣浮主軸轉(zhuǎn)軸104連接、并所述氣浮主軸軸套201位于所述u型結(jié)構(gòu)的開口內(nèi)。所述第一負載支架103、第二負載支架106及第三負載支架110呈120度均布。

所述支撐底板210為三角形，所述支腿及氣足均為三個、并分別設(shè)置于所述支撐底板210的三個角上。所述氣足包括第一氣足205、第二氣足206及第三氣足207，所述第一氣足205、第二氣足206及第三氣足207分別安裝在支撐底板2010下端面。所述支腿包括第一支腿204、第二支腿208及第三支腿209，所述第一支腿204、第二支腿208及第三支腿209結(jié)構(gòu)相同，均采用圓柱形結(jié)構(gòu)，分別安裝在支撐底板2010的上端面。

所述氣浮主軸軸套201與氣浮主軸轉(zhuǎn)軸104相對轉(zhuǎn)動，兩者之間存在氣膜無接觸滑動。無框電機定子203與無框電機轉(zhuǎn)子105相對轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)水平 方向的負載模擬。氣足支撐組件2氣浮于氣浮仿真試驗臺上，通過電機驅(qū)動實現(xiàn)水平軸負載模擬件1和氣足支撐組件2沿豎直方向的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)天線驅(qū)動機構(gòu)豎直方向的微重力負載模擬。

本發(fā)明需要在給定的質(zhì)量、慣量和頻率的約束下設(shè)計負載模擬件的結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計砝碼組件滿足質(zhì)量和慣量的約束，通過設(shè)計負載支架結(jié)構(gòu)滿足頻率約束，保證豎直軸和水平軸的負載滿足要求。