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旋翼式卫星模拟器

阅读：849发布：2020-05-11

专利汇可以提供旋翼式卫星模拟器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且旋翼式卫星模拟器，它属于卫星模拟器机械系统设计领域，以解决传统喷气式卫星模拟器控制复杂，制作维护成本高的问题，它包括气浮轴承、安装支撑座、旋翼连接座和N个旋翼推进机构；N个旋翼推进机构通过旋翼连接座连接在一起并固定在安装支撑座上，N个旋翼推进机构沿周向均布设置；每个旋翼推进机构包括桨叶、电机和安装座；安装座安装在旋翼连接座上，每个安装座上安装有两个电机，该两个电机的轴向水平同轴放置且输出轴相反，每个电机的输出轴安装有桨叶；安装支撑座安装在气浮轴承上。本发明应用于人造卫星空间模拟。，下面是旋翼式卫星模拟器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种旋翼式卫星模拟器，其特征在于：它包括气浮轴承(C)、安装支撑座(A)、N个旋翼连接座(B)和N个旋翼推进机构(D)；其中N为整数；
N个旋翼推进机构(D)通过旋翼连接座(B)连接在一起并固定在安装支撑座(A)上，N个旋翼推进机构沿周向均布设置；
每个旋翼推进机构(D)包括桨叶(17)、电机(19)和安装座(18)；安装座(18)安装在旋翼连接座(B)上，安装座(18)上安装有两个电机(19)，该两个电机(19)的轴向水平同轴放置且输出轴相反，每个电机(19)的输出轴安装有桨叶(17)；安装支撑座(A)安装在气浮轴承(C)上；
旋翼连接座(B)包括旋翼控制固定架(14)、N个翼支撑柱(12)和N个旋翼支撑臂(13)；
每个旋翼支撑臂(13)的一端与旋翼控制固定架(14)连接，每个旋翼支撑臂(13)的另一端上安装有相应的安装座(18)，每个旋翼支撑柱(12)的下端固装在安装支撑座(A)上，每个旋翼支撑柱(12)的上端与相应的旋翼支撑梁(13)连接；
安装支撑座(A)包括顶板(9)、中隔板(6)、底板(4)和支撑柱；顶板(9)安装在支撑柱的上端，底板(4)安装在支撑柱的下端，中隔板(6)布置在底板(4)与顶板(9)之间且与支撑柱连接；旋翼支撑柱(12)的下端安装在顶板(9)上。
2.根据权利要求1所述旋翼式卫星模拟器，其特征在于：支撑柱包括上支撑柱(7)和下支撑柱(5)；顶板(9)安装在上支撑柱(7)的上端，上支撑柱(7)的下端通过连接法兰(16)与中隔板(6)连接，
中隔板(6)布置在下支撑柱(5)的上端，下支撑柱(5)的上端通过连接法兰(16)与中隔板(6)连接，下支撑柱(5)的下端通过连接法兰(16)与底板(4)连接。
3.根据权利要求2所述旋翼式卫星模拟器，其特征在于：旋翼支撑柱(12)的下端通过连接法兰(16)安装在顶板(19)上。
4.根据权利要求3所述旋翼式卫星模拟器，其特征在于：所述连接法兰(16)包括法兰盘(16-1)和一端封闭的直筒(16-2)；直筒(16-2)的封闭端安装在法兰盘(16-1)上；
旋翼支撑柱(12)与顶板(9)连接时，旋翼支撑柱(12)的下端插装在直筒(16-2)内，法兰盘(16-1)通过螺栓安装在顶板(9)上；
上支撑柱(7)与中隔板(6)连接时，上支撑柱(7)的下端插装在直筒(16-2)内，法兰盘(16-1)通过螺栓安装在中隔板(6)上；
下支撑柱(5)与中隔板(6)和底板(4)连接时，下支撑柱(5)的两端分别插装在直筒(16-
2)内，底板(4)和中隔板(6)分别通过螺栓与法兰盘(16-1)连接。
5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述旋翼式卫星模拟器，其特征在于：每个所述安装座(18)包括两个旋翼固定板(20)和两组旋翼连接块(22)，每组旋翼连接块(22)由两个旋翼连接块(22)对接而成，每个旋翼连接块(22)上加工有凹陷的圆弧面，两个圆弧面对接后构成圆形孔，两组旋翼连接块(22)相对设置并通过两个旋翼固定板(20)及螺钉(21)连接在一起，且两个圆孔同轴设置，旋翼连接横梁(13)的另一端安装在圆形孔内。

说明书全文

旋翼式卫星模拟器

技术领域

[0001] 本发明涉及卫星模拟器机械系统设计领域，具体涉及一种旋翼式卫星模拟器。

背景技术

[0002] 卫星模拟器是用于验证人造卫星及其附件特性的地面试验装置，是卫星技术开发的重要辅助实验验证系统，目前广泛应用于人造卫星在轨运行状态的空间模拟。

[0003] 卫星模拟器携带有动力装置、控制系统及工作载荷附件等，通常使用气浮的方法克服系统本身重力影响。整个卫星系统漂浮在花岗岩材质的气浮台上，工作载荷固定于漂浮的卫星基座上。整个系统的动力部件动量轮和基座推力器。

[0004] 传统的卫星模拟器采用喷气式反冲推进装置作为基座的动力装置，该方式比较符合实际卫星的机动状况。但是需要设计复杂的气动系统，从而使系统的质量增加较大。为准确调节模拟器姿态，系统需要安装动量交换轮(飞轮)，从而增加了控制元件的数量和机构的复杂程度。此外，高精度的喷气控制元件和动量轮的成本较高，不利于此种卫星模拟器的普及。

发明内容

[0005] 本发明为了解决传统喷气式卫星模拟器控制复杂，制作维护成本高的问题，进而提出了一种旋翼式卫星模拟器。

[0006] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

[0007] 旋翼式卫星模拟器包括气浮轴承、安装支撑座、N个旋翼连接座和N个旋翼推进机构；其中N为整数；

[0008] N个旋翼推进机构通过旋翼连接座连接在一起并固定在安装支撑座上，N个旋翼推进机构沿周向均布设置；

[0009] 每个旋翼推进机构包括桨叶、电机和安装座；安装座安装在旋翼连接座上，安装座上安装有两个电机，该两个电机的轴向水平同轴放置且输出轴相反，每个电机的输出轴安装有桨叶；安装支撑座安装在气浮轴承上。

[0010] 进一步地，旋翼连接座包括旋翼控制固定架、N个翼支撑柱和N个旋翼支撑臂；每个旋翼支撑臂的一端与旋翼控制固定架连接，每个旋翼支撑臂的另一端上安装有相应的安装座，每个旋翼支撑柱的下端固装在安装支撑座上，每个旋翼支撑柱的上端与相应的旋翼支撑梁连接。

[0011] 进一步地，安装支撑座包括顶板、中隔板、底板和支撑柱；顶板安装在支撑柱的上端，底板安装在支撑柱的下端，中隔板布置在底板与顶板之间且与支撑柱连接；旋翼支撑柱的下端安装在顶板上。

[0012] 进一步地，支撑柱包括上支撑柱和下支撑柱；顶板安装在上支撑柱的上端，上支撑柱的下端通过连接法兰与中隔板连接，中隔板布置在下支撑柱的上端，下支撑柱的上端通过连接法兰与中隔板连接，下支撑柱的下端通过连接法兰与底板连接。

[0013] 本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

[0014] 1、本发明提供了一套旋翼推进机构，能够实现模拟器在平面内的自由运动；

[0015] 2、本发明通过双桨旋翼推进机构，实现了机构在单方向的双向主动机动能力；

[0016] 3、本发明利用旋翼推进机构代替喷气和动量轮等姿轨控原件，显著降低了系统的质量与成本。加工制造成本降低了45％以上。附图说明

[0017] 图1是本发明的旋翼式卫星模拟器结构示意图；

[0018] 图2是图1的旋翼连接座和旋翼推进机构相互连接结构示意图；

[0019] 图3是旋翼推进机构结构图；

[0020] 图4是上支撑柱、下支撑柱或旋翼支撑柱分别与连接法兰连接示意图；

[0021] 图5是旋翼控制固定板的结构图；

[0022] 图6是连接块结构图；

[0023] 图7是桨叶结构图；

[0024] 图8是连接法兰结构图；

[0025] 图9是气浮轴承结构图；

[0026] 图10是本发明的气浮轴承布置在气浮台上模拟状态图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明。

[0028] 参见图1-图3说明，旋翼式卫星模拟器，它包括气浮轴承C、安装支撑座A、旋翼连接座B和N个旋翼推进机构D；其中N为整数；

[0029] N个旋翼推进机构D通过旋翼连接座B连接在一起并固定在安装支撑座A上，N个旋翼推进机构沿周向均布设置；

[0030] 每个旋翼推进机构D包括桨叶17、电机19和安装座18；安装座18安装在旋翼连接座B上，安装座18上安装有两个电机19，该两个电机19的轴向水平同轴放置且输出轴相反，每个电机19的输出轴安装有桨叶17；安装支撑座A安装在气浮轴承C上。

[0031] 本实施方式旋翼式卫星模拟器实际使用时，气浮台E依靠压缩空气在气浮轴承C或气足和轴承座之间的间隙形成气膜，实现平面内的自由运动，如图10所示。

[0032] 本实施方式使用双向旋翼推进方式作为卫星模拟器基座的推进装置，采用电机及桨叶的形式替代喷气式，可以实现卫星的整体平动与转动，在保证可验证卫星机动特性的情况下，最大程度地简化机构，并降低系统成本。成本降低了45％以上。本实施方式中桨叶采用小安装角旋翼，采用碳纤维材质，保证较高气动效率的同时减轻桨叶的重量。

[0033] 旋翼推进机构D的数量4≤N≤8。N取偶数时，旋翼推进机构构成正多边形的顶点，且相对的两对旋翼推进机构D位于同一直线上组成一组，N取奇数时，旋翼推进机构构成正多边形的顶点，这样便于实现多方向运动。

[0034] 参见图2说明，旋翼连接座B包括旋翼控制固定架14、N个翼支撑柱12和N个旋翼支撑臂13；

[0035] 每个旋翼支撑臂13的一端与旋翼控制固定架14连接，每个旋翼支撑臂13的另一端上安装有相应的安装座18，每个旋翼支撑柱12的下端固装在安装支撑座A上，每个旋翼支撑柱12的上端与相应的旋翼支撑梁13连接。本实施方式中，旋翼控制固定架14一方面保证旋翼推进机构D能稳定可靠固定，是通过旋翼支撑柱12、旋翼支撑臂13和旋翼控制固定架14三者相互连接实现的，另一方面放置为实现不同桨叶旋转而控制相应电机从而实现平台的自由运动的控制元件，如电源、电调、运动控制单元等，此时，如图5所示，旋翼控制固定架14可通过固定板14-1围合而成，并通过固定连接块15实现相互连接，固定连接块15与旋翼支撑臂13连接，实现旋翼连接座B牢靠稳定固定旋翼推进机构D。

[0036] 参见图1说明，上述实施方式中，安装支撑座A包括顶板9、中隔板6、底板4和支撑柱；

[0037] 顶板9安装在支撑柱的上端，底板4安装在支撑柱的下端，中隔板6布置在底板4与顶板9之间且与支撑柱连接；旋翼支撑柱12的下端安装在顶板9上。

[0038] 如此布置，安装支撑座A采用分层布置设计方案，共分上中下三层。上层为旋翼推进器机构安装层，双向桨旋翼推进方式实现模拟器的推进，在模拟器的上部对称安装N套推进装置，较佳实施例中N取4，进而实现模拟器在水平面内三个方向(平面两个方向平动与一个方向的转动)的机动能力。中层为系统载荷驱动控制部件安装层，安装载荷驱动控制板、系统控制器、电源以及通用模块等电器设备，以实现对上中下三层电气元件的整体控制。下层是卫星载荷安装层，用于相机、天线等一系列观测设备。整体设备安放在气浮台上，通过气浮轴承C或气足的喷气作用使其实现整体漂浮状态。

[0039] 参见图1说明，上述实施方式，为了便于组装和拆卸，支撑柱包括上支撑柱7和下支撑柱5；

[0040] 顶板9安装在上支撑柱7的上端，上支撑柱7的下端通过连接法兰16与中隔板6连接，中隔板6布置在下支撑柱5的上端，下支撑柱5的上端通过连接法兰16与中隔板6连接，下支撑柱5的下端通过连接法兰16与底板4连接。旋翼支撑柱12的下端通过连接法兰16安装在顶板19上。如此布置，上中下三层结构组织拆卸方便，结构大大简化，复杂程度明显降低。

[0041] 参见图4和图8说明，连接法兰16包括法兰盘16-1和一端封闭的直筒16-2；直筒16-2的封闭端安装在法兰盘16-1上；

[0042] 旋翼支撑柱12与顶板9连接时，旋翼支撑柱12的下端插装在直筒16-2内，法兰盘16-1通过螺栓23安装在顶板9上；上支撑柱7与中隔板6连接时，上支撑柱7的下端插装在直筒16-2内，法兰盘16-1通过螺栓23安装在中隔板6上；下支撑柱5与中隔板6和底板4连接时，下支撑柱5的两端分别插装在直筒16-2内，底板4和中隔板6分别通过螺栓23与法兰盘16-1连接。如此设置，旋翼推进机构D均布在旋翼控制固定架14的周围，并由纵向的旋翼支撑柱
12和横向的旋翼支撑臂13连接。旋翼支撑柱12嵌入连接法兰16的直筒16-2中，法兰盘16-1通过螺栓23、垫片24和螺母25与顶板9固定连接。上支撑柱7与中隔板6、顶板9的连接方式，下支撑柱5与底板4、中隔板6的连接方式与旋翼支撑柱12连接方式相同。上支撑柱7嵌套入直筒16-2中，法兰盘16-1通过螺栓23、垫片24和螺母25与中隔板6固定连接。

[0043] 参见图3和图6说明，每个所述安装座18包括两个旋翼固定板20和两组旋翼连接块22，每组旋翼连接块22由两个旋翼连接块22对接而成，每个旋翼连接块22上加工有凹陷的圆弧面，两个圆弧面对接后构成圆形孔，两组旋翼连接块22相对设置并通过两个旋翼固定板20及螺钉21连接在一起，且两个圆孔同轴设置，旋翼连接横梁13的另一端安装在圆形孔内。如此设置，结构简单，设计合理，便于组装和拆卸，使用方便。

[0044] 工作原理

[0045] 旋翼推进原理：旋翼推进机构为双旋翼推进方式，当机构需要向一侧运动时，转轴方向与该方向平行的同侧旋翼转动，如图3所示机构中的一侧旋翼转动；当机构需要向反向运动时，如图3所示旋翼推进机构中的另一侧旋翼转动。进而实现旋翼推进机构在单方向的双向主动运动调节能力。

[0046] 模拟器运动原理：整体通过气浮轴承C或气足的喷气作用漂浮在气浮台E上，当需要平动时，图3中轴线平行的相对或多对旋翼推进机构的转动相同，依据移动速度方向与推理矢量方向的夹角确定每对旋翼的转速。当整体需要转动时，图3中轴线平行的两对或多对旋翼推进机构同时转动，每对旋翼推进机构的转动相反。

[0047] 本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

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