[发明专利]三自由度空间模拟器

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空航天领域模拟设备，特别是一种使用于航空航天设备模拟微重力的实验环境装置。

背景技术

航天器发射之前均需要进行地面仿真模拟试验，模拟外太空环境的试验装置在航空航天技术发展上具有重要的地位。

空间模拟器全物理仿真实现过程的核心就是在地面上最大限度的减少外在的扰动，模拟其在失重状态下的姿态运动。空间模拟器依靠其自身携带的高压气瓶在大理石底座和气浮导轨，大理石底座和气浮套，旋转轴和上板之间形成气膜，产生向上的均匀作用力，抵消重力的影响。从而可以利用载物台的三个方向的运动模拟在轨运行时处于失重状态下的卫星姿态运动。

卫星姿态控制过程中通过姿态敏感器动态的测量姿态的变化，实时反馈给姿态控制计算机，姿态控制计算机通过分析计算形成控制指令，通过操作执行机构完成对卫星的姿态控制。因此为了模拟卫星的姿态运动，模拟环境的好坏直接影响到仿真结果。

但目前空间仿真试验设备存在通用性不强、成本高、机械结构复杂和维护费用昂贵的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决空间仿真试验设备存在通用性不强、成本高、机械结构复杂和维护费用昂贵的问题，本发明提供一种三自由度空间模拟器。

本发明的三自由度空间模拟器，

它包括包括基座、X轴光栅尺、气浮导轨、5个高压气瓶、X轴通信控制模块、气浮横梁、下板、旋转轴通信控制模块、反作用飞轮、上板、旋转轴、3个调压阀、6个带有电磁阀的喷嘴、气浮套、Y轴光栅尺、圆光栅尺和Y轴通信控制模块；

基座的顶面上设有两条互相平行的气浮槽，气浮横梁设置在基座上，气浮横梁的两端的底部分别固定有气浮导轨，且两个气浮导轨分别设置在基座的两条气浮槽内，所述气浮横梁顶部的两端分别设置一个高压气瓶，所述两个高压气瓶分别用于驱动两个浮导轨形成气浮面，X轴光栅尺设置在基座上，且与气浮槽平行对齐设置；X轴通信控制模块设置在靠近X轴光栅尺的气浮导轨上；

气浮套在气浮横梁的中部，下板设置在气浮套的顶部，下板的中心位置与旋转轴的固定端固定连接，所述下板上设置有2个高压气瓶、2个调压阀、4个带电磁阀的喷嘴和Y轴通信控制模块，所述2个高压气瓶分别设置在旋转轴的两侧；且所述2个高压气瓶的出气口分别与所述2个调压阀的进气口连通；所述2个调压阀的出气口同时与所述4个带电磁阀的喷嘴的进气口连通；所述4个带电磁阀的喷嘴的位置关于下板的中心位置且均匀分布；

Y轴光栅尺固定在气浮横梁上，所述Y轴光栅尺与气浮横梁的长度方向平行；

旋转轴的旋转端与上板的中心位置固定连接，所述上板的底面上固定由1个高压气瓶、旋转轴通信控制模块、蓄电池、1个调压阀和2个带有电磁阀的喷嘴，所述高压气瓶的出气口与所述调压阀的进气口连通，该调压阀的出气口同时与所述2个带有电磁阀的喷嘴的进气口连通；所述2个带有电磁阀的喷嘴的位置关于上板的中心位置呈镜像对称；反作用飞轮和圆光栅尺固定在上板的顶面上，该反作用飞轮的转轴、所述圆光栅尺中心轴线和旋转轴的中心轴线均重合；

X轴光栅尺的X轴检测信号输出端与X轴通信控制模块的X轴检测信号输入端连接，

Y轴光栅尺的Y轴检测信号输出端与Y轴通信控制模块的Y轴检测信号输入端连接，

圆光栅尺的旋转轴检测信号输出端与Y轴通信控制模块的旋转轴检测信号输入端连接；

反作用飞轮的力矩速率信号输出端与旋转轴通信控制模块的力矩速率信号输入端连接；

Y轴通信控制模块的喷气控制信号输出端与位于下板的4个带有电磁阀的喷嘴的喷气控制信号输入端连接，

旋转轴通信控制模块的喷气控制信号输出端与位于上板的2个带有电磁阀的喷嘴的喷气控制信号输入端连接；

旋转轴通信控制模块的力矩速率控制信号输出端与反作用飞轮的力矩速率控制信号输入端连接。

本发明的优点在于，

（1）通用性强

本发明装载能力大于100kg，且采用平面设计，满足大多数航天器仿真的需要。

（2）结构简单、维护方便

本发明的基座、气浮导轨、气浮横梁和气浮套采用大理石，性能稳定、耐腐蚀、美观大气。上下板、相关紧固件采用硬铝合金，质量轻、强度高、不易生锈。

（3）精度高

本发明采用解耦设计，便于各个自由度独立运动，平动位置控制精度优于1毫米，姿态角控制精度优于2×10^-3度。

（4）扰动小

本发明采用气浮技术，材料选用光滑度较高的大理石面和硬铝合金，摩擦力小。