[发明专利]一种微低重力环境模拟方法及装置

说明书

本发明公开了一种微低重力环境模拟方法及装置，属于微低重力模拟领域，其采用微低重力环境模拟装置实现，模拟装置包括被动支承单元和直线式动作器。模拟时，在地表重力环境中将待模拟的负载设备放置在顶板上，调整直线式作动器的发力大小为负载设备在目标微低重力环境下的重力，使被动支承单元承担负载设备的剩余重力；调节被动支承单元使被动支承单元的刚度为零；调节待模拟的负载设备的初始速度；解锁运动跟随组件，改变直线式作动器的出力状态、同时改变运动跟随组件以改变底板的运动状态，使得待模拟的负载设备具有目标微低重力环境下的加速度。本发明的模拟方法提高了模拟试验的精度。

技术领域

本发明属于航天工程微低重力模拟试验方法领域，更具体地，涉及一种微低重力环境模拟方法及装置。

背景技术

航天器设计研发成本和在轨执行任务的风险较高，为了确保航天器的运行可靠性和安全性，发射升空前必须在地面进行航天器件的性能验证，因此需要模拟高保真的微低重力环境。

查阅文献发现常用的微低重力环境模拟方法按原理分为：运动法模拟微重力和力平衡法模拟微重力，运动法模拟微重力包括落塔法、抛物飞行法和探空火箭法等方式，力平衡法模拟微重力包括气浮法、水浮法、悬吊法、静平衡机构法、电磁平衡法等。

其中静平衡法的装置结构精巧，易于实现，可实现多自由度微重力模拟，附加惯性效应小，缺点是微重力模拟精度易受弹簧刚度等因素影响。

此外现有静平衡法微低重力环境模拟装置主要是采用恒力气缸进行重力的卸载，达到微低重力环境模拟，但是由于气体强可压缩性带来的非线性控制和时滞问题，严重影响微低重力环境模拟的精度和响应速度，无法满足航天器的微低重力环境模拟需求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种微低重力环境模拟方法及装置，旨在解决现有微低重力环境模拟方法及装置精度低和反应速度慢的问题。

为解决上述问题，按照本发明的一个方面，提供一种微低重力环境模拟方法，采用微低重力环境模拟装置实现，所述微低重力环境模拟装置包括近零刚度支承组件和运动跟随组件，近零刚度支承组件和运动跟随组件相互独立，并且近零刚度支承组件和运动跟随组件上下连接形成串联结构，近零刚度支承组件包括顶板、底板、设置在顶板和底板之间的被动支承单元和直线式作动器，被动支承单元和直线式作动器相并联，运动跟随组件与底板相连，

微低重力环境模拟方法包括下述步骤：

S1：锁定运动跟随组件，在地表重力环境中将待模拟的负载设备固定放置于顶板上方，调整直线式作动器的发力大小为待模拟负载设备在目标微低重力环境下的重力，使被动支承单元承担待模拟的负载设备的剩余重力；

S2：调节被动支承单元，直至被动支承单元的刚度近零；

S3：调节待模拟的负载设备的初始速度为v₀；

S4：解锁运动跟随组件，改变直线式作动器的出力状态、同时改变运动跟随组件作用到底板的运动状态，从而实现调整待模拟的负载设备所受力合力大小，使得待模拟的负载设备具有目标微低重力环境下的加速度。

进一步的，S2中被动支承单元的刚度近零的获取方法为：调节被动支承单元或直线式作动器的高度，使支承组件高度为被动支承单元的行程中点。

进一步的，步骤S3中，待模拟的负载设备的初始速度v₀为0时，直接从步骤S2进入步骤S4，步骤S3中调节过程无执行内容。

进一步的，步骤S3中，待模拟的负载设备的初始速度v₀不为0时，调节的具体过程为：改变直线式作动器出力大小，使待模拟的负载设备加速运动，同时启动运动跟随组件以调整底板的活动状态，最大可能实现底板和顶板之间的相对距离不变，直到底板和顶板的运动速度与初始速度v₀之间的误差小于允许值。