三轴气浮台仪表平台模拟装置

摘要

本发明提供了一种三轴气浮台仪表平台模拟装置，包括中心承力筒、平台舱顶层板、平台舱中层板、平台舱底层板、第一平台舱隔板、第二平台舱隔板和载荷安装板；其中，所述平台舱顶层板设置在所述中心承力筒的顶端；所述平台舱底层板设置在所述中心承力筒的底端；所述平台舱中层板设置在所述平台舱顶层板和所述平台舱底层板之间；所述中心承力筒由下向上依次贯穿所述平台舱底层板、所述平台舱中层板和所述平台舱顶层板形成平台舱。本发明中所述平台舱顶层板、所述平台舱中层板以及所述平台舱隔板采用铝合金框架并填充蜂窝夹层补强结构板制成，三个方向结构近等刚性设计，减轻自身重量，提升静承载能力，并降低重力干扰力矩变化的不利影响。

权利要求

1.一种三轴气浮台仪表平台模拟装置，其特征在于：包括中心承力筒、平台舱顶层板、平台舱中层板、平台舱底层板、第一平台舱隔板、第二平台舱隔板和载荷安装板；

其中，所述平台舱顶层板设置在所述中心承力筒的顶端；所述平台舱底层板设置在所述中心承力筒的底端；所述平台舱中层板设置在所述平台舱顶层板和所述平台舱底层板之间；所述中心承力筒由下向上依次贯穿所述平台舱底层板、所述平台舱中层板和所述平台舱顶层板形成平台舱；

所述第一平台舱隔板设置在所述平台舱顶层板和所述平台舱中层板之间，从而将所述平台舱顶层板和所述平台舱中层板之间的空间分隔为多个第一平台舱隔舱；所述第二平台舱隔板设置在所述平台舱底层板和所述平台舱中层板之间，从而将所述平台舱底层板和所述平台舱中层板之间的空间分隔为多个第二平台舱隔舱；

所述载荷安装板连接所述平台舱顶层板的上表面，形成载荷舱。

2.如权利要求1所述的三轴气浮台仪表平台模拟装置，其特征在于，所述中心承力筒采用一体化铝铸件，所述中心承力筒的圆锥段设置有观察窗；

所述平台舱顶层板、所述平台舱中层板以及所述平台舱隔板采用铝合金框架并填充蜂窝夹层补强结构板制成；

所述载荷安装板采用宫格形镂空的铝合金板制成。

3.如权利要求1所述的三轴气浮台仪表平台模拟装置，其特征在于，所述平台舱顶层板、所述平台舱中层板和所述平台舱底层板相互平行；

所述平台舱底层板、所述平台舱中层板和所述平台舱顶层板均采用多块扇形板拼接而成；

所述平台舱底层板的拼缝与所述平台舱中层板拼缝在周向上彼此错开；所述平台舱顶层板的拼缝与所述平台舱中层板拼缝在周向上彼此错开。

4.如权利要求1所述的三轴气浮台仪表平台模拟装置，其特征在于，所述第一平台舱隔板包括上下舱一体化构型隔板和上舱隔板；

所述中心承力筒的外表面设置有若干条沿轴向延伸的加强筋；

所述上下舱一体化构型隔板和所述上舱隔板的上端连接所述平台舱顶层板，下端连接所述平台舱中层板，侧端连接所述加强筋；

所述第二平台舱隔板包括下舱隔板；

所述下舱隔板的上端连接所述平台舱中层板，下端连接所述平台舱底层板，侧端连接所述加强筋。

5.如权利要求1所述的三轴气浮台仪表平台模拟装置，其特征在于，还包括桁架；

所述桁架的一端连接所述载荷安装板，另一端连接所述平台舱顶层板的上表面；

所述桁架用于加强所述载荷安装板的刚性。

6.如权利要求1所述的三轴气浮台仪表平台模拟装置，其特征在于，所述平台舱中层板上预埋有高压气瓶安装法兰面。

7.如权利要求4所述的三轴气浮台仪表平台模拟装置，其特征在于，所述上下舱一体化构型隔板的下侧设置有同步千斤顶球窝。

8.如权利要求1所述的三轴气浮台仪表平台模拟装置，其特征在于，还包括配重挂篮；

所述配重挂篮连接所述平台舱底层板的下表面；所述配重挂篮能够沿所述平台舱底层板的径向移动；

所述配重挂篮的配重能力0至120kg。

9.如权利要求4所述的三轴气浮台仪表平台模拟装置，其特征在于，所述平台舱顶层板和所述平台舱中层板的厚度为40mm；

所述平台舱顶层板和所述平台舱中层板比所述上舱隔板和所述下舱隔板厚度高10mm。

10.如权利要求1所述的三轴气浮台仪表平台模拟装置，其特征在于，所述平台舱的包络尺寸为Ф3400mm×1620mm。

说明书

三轴气浮台仪表平台模拟装置

技术领域

[0001] 本发明涉及三轴气浮台，具体地，涉及一种三轴气浮台仪表平台模拟装置。

背景技术

[0002] 采用气浮球轴承支撑的三轴气浮台能够依靠压缩空气在气浮球与轴承座之间形成的气膜，使模拟台体浮起，不仅能模拟卫星在轨三轴方向所需要的姿态运动，还能模拟卫星三轴姿态耦合动力学。

[0003] 大型光学遥感卫星由于其图像分辨率、指向精度、定位精度等要求越来越高，地面采用大型三轴气浮台进行物理仿真时，对三轴气浮台的微干扰力矩要求较高，需优于30g·cm。这就需要精心设计大型三轴气浮台仪表平台模拟装置，不仅模拟预定型号卫星的大转动惯量等质量特性，为参试仿真设备提供支撑和安装接口，将所有重量载荷传递到连接于仪表平台中心处的气浮球，并且在大尺寸条件下保证较小的重力弹性变形以降低重力干扰力矩变化，确保三轴微干扰力矩状态下的动力学特性。

[0004] 经过对现有技术的检索，发现申请号201310470025.3，名称为适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置的发明，公开了大型三轴气浮台气浮球轴承系统装置的设计，没有涉及到仪表平台模拟装置的设计。

[0005] 李季苏等在气浮台在卫星控制系统仿真中的应用(航天控制，2008年，第5期，33-38页)论文中叙述了三轴气浮台仿真设备在卫星控制系统仿真中的应用，但没有具体给出气浮台仪表平台结构的设计方法。

发明内容

[0006] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种三轴气浮台仪表平台模拟装置。本发明基于三轴气浮台大体积、高承载、微干扰力矩环境模拟的任务需求，设计了一种大型三轴气浮台仪表平台模拟装置，采用铝合金板和铝合金框架蜂窝补强混合型结构，减轻自身重量，提升静承载能力；兼顾三个方向近等刚性设计，降低重力干扰力矩变化的不利影响；通过平台舱和有效载荷舱分舱段设计，实现星上单机和有效载荷安装的可扩展性。

[0007] 根据本发明提供的三轴气浮台仪表平台模拟装置，包括中心承力筒、平台舱顶层板、平台舱中层板、平台舱底层板、第一平台舱隔板、第二平台舱隔板和载荷安装板；

[0008] 其中，所述平台舱顶层板设置在所述中心承力筒的顶端；所述平台舱底层板设置在所述中心承力筒的底端；所述平台舱中层板设置在所述平台舱顶层板和所述平台舱底层板之间；所述中心承力筒由下向上依次贯穿所述平台舱底层板、所述平台舱中层板和所述平台舱顶层板形成平台舱；

[0009] 所述第一平台舱隔板设置在所述平台舱顶层板和所述平台舱中层板之间，从而将所述平台舱顶层板和所述平台舱中层板之间的空间分隔为多个第一平台舱隔舱；所述第二平台舱隔板设置在所述平台舱底层板和所述平台舱中层板之间，从而将所述平台舱底层板和所述平台舱中层板之间的空间分隔为多个第二平台舱隔舱；

[0010] 所述载荷安装板连接所述平台舱顶层板的上表面，形成载荷舱。

[0011] 优选地，所述中心承力筒采用一体化铝铸件，所述中心承力筒的圆锥段设置有观察窗；

[0012] 所述平台舱顶层板、所述平台舱中层板以及所述平台舱隔板采用铝合金框架并填充蜂窝夹层补强结构板制成；

[0013] 所述载荷安装板采用宫格形镂空的铝合金板制成。

[0014] 优选地，所述平台舱顶层板、所述平台舱中层板和所述平台舱底层板相互平行；

[0015] 所述平台舱底层板、所述平台舱中层板和所述平台舱顶层板均采用多块扇形板拼接而成；

[0016] 所述平台舱底层板的拼缝与所述平台舱中层板拼缝在周向上彼此错开；所述平台舱顶层板的拼缝与所述平台舱中层板拼缝在周向上彼此错开。

[0017] 优选地，所述第一平台舱隔板包括上下舱一体化构型隔板和上舱隔板；

[0018] 所述中心承力筒的外表面设置有若干条沿轴向延伸的加强筋；

[0019] 所述上下舱一体化构型隔板和所述上舱隔板的上端连接所述平台舱顶层板，下端连接所述平台舱中层板，侧端连接所述加强筋；

[0020] 所述第二平台舱隔板包括下舱隔板；

[0021] 所述下舱隔板的上端连接所述平台舱中层板，下端连接所述平台舱底层板，侧端连接所述加强筋。

[0022] 优选地，还包括桁架；

[0023] 所述桁架的一端连接所述载荷安装板，另一端连接所述平台舱顶层板的上表面；

[0024] 所述桁架用于加强所述载荷安装板的刚性。

[0025] 优选地，所述平台舱中层板上预埋有高压气瓶安装法兰面。

[0026] 优选地，所述上下舱一体化构型隔板的下侧设置有同步千斤顶球窝[0027] 优选地，还包括配重挂篮；

[0028] 所述配重挂篮连接所述平台舱底层板的下表面；所述配重挂篮能够沿所述平台舱底层板的径向移动；

[0029] 所述配重挂篮的配重能力0至120kg。

[0030] 优选地，所述平台舱顶层板和所述平台舱中层板的厚度为40mm；

[0031] 所述平台舱顶层板和所述平台舱中层板比所述上舱隔板和所述下舱隔板厚度高10mm。

[0032] 优选地，所述平台舱的包络尺寸为Ф3400mm×1620mm。

[0033] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

[0034] 1、本发明的承载能力大于5吨，通过平台舱和载荷舱分舱段设计，实现星上单机和有效载荷安装的可扩展性；

[0035] 2、本发明中所述平台舱顶层板、所述平台舱中层板以及所述平台舱隔板采用铝合金框架并填充蜂窝夹层补强结构板制成，三个方向结构近等刚性设计，减轻自身重量，提升静承载能力，并降低重力干扰力矩变化的不利影响；

[0036] 3、本发明能够在大尺寸条件下将仪表平台上的重量载荷有效传递到连接于仪表平台中心处的气浮球上，模拟大型卫星质量特性，用于三轴气浮台微干扰力矩环境条件下的全物理仿真。

附图说明

[0037] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0038] 图1为本发明的结构示意图；

[0039] 图2为本发明中平台舱结构组装示意图；

[0040] 图3为本发明的平台舱中层板和平台舱顶层板的承力框的结构示意图。

[0041] 图中：

[0042] 1为中心承力筒；

[0043] 2为平台舱顶层板；

[0044] 3为平台舱中层板；

[0045] 4为平台舱底层板；

[0046] 5为上下舱一体化构型隔板；

[0047] 6为上舱隔板；

[0048] 7为下舱隔板；

[0049] 8为载荷安装板；

[0050] 9为桁架；

[0051] 10为配重挂篮；

[0052] 11为高压气瓶安装法兰面；

[0053] 12为等间隔顶板拼缝；

[0054] 13为等间隔中层板拼缝；

[0055] 14为等间隔底板拼缝；

[0056] 15为千斤顶球窝。

具体实施方式

[0057] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0058] 在本实施例中，本发明提供的三轴气浮台仪表平台模拟装置分为平台舱和载荷舱。本发明的结构以刚度设计为主，兼顾静强度、稳定性要求。如图2所示，本发明提供的三轴气浮台仪表平台模拟装置分上、中、下三层平板式布局，包括中心承力筒、平台舱顶层板、平台舱中层板、平台舱底层板、第一平台舱隔板、第二平台舱隔板和载荷安装板；

[0059] 其中，所述平台舱顶层板设置在所述中心承力筒的顶端；所述平台舱底层板设置在所述中心承力筒的底端；所述平台舱中层板设置在所述平台舱顶层板和所述平台舱底层板之间；所述中心承力筒由下向上依次贯穿所述平台舱底层板、所述平台舱中层板和所述平台舱顶层板形成平台舱；所述第一平台舱隔板设置在所述平台舱顶层板和所述平台舱中层板之间，从而将所述平台舱顶层板和所述平台舱中层板之间的空间分隔为多个第一平台舱隔舱；所述第二平台舱隔板设置在所述平台舱底层板和所述平台舱中层板之间，从而将所述平台舱底层板和所述平台舱中层板之间的空间分隔为多个第二平台舱隔舱；所述载荷安装板连接所述平台舱顶层板的上表面，形成载荷舱。所述载荷安装板提供与大型相机及配重块的安装接口，利用其空间尺度可有效调整台体模拟的转动惯量等质量特性。

[0060] 所述中心承力筒采用一体化铝铸件，所述中心承力筒的圆锥段设置有观察窗；所述平台舱顶层板、所述平台舱中层板以及所述平台舱隔板采用铝合金框架并填充蜂窝夹层补强结构板制成，减轻仪表平台自身重量，提升静承载能力。平台舱自重不超过1600kg。所述载荷安装板采用宫格形镂空的铝合金板制成。为了降低仪表平台结构自重且保证结构刚度，平台舱底层板4为局部加强的20mm厚全铝实心板，在获得足够刚度的同时，预先增加配重，平衡载荷舱的有效载荷重量，并且保护台体与三个千斤顶的碰撞。本发明在在设计过程中对层板的刚度采用了加强设计，平台舱顶层板2外形尺寸Φ3400mm×40mm，平台舱中层板3的外形尺寸Φ3000mm×40mm，填充蜂窝夹层补强。平台舱顶层板2和平台舱中层板3的上表面和下表面的铝蒙皮厚度均为δ＝0.5mm。所述平台舱顶层板和所述平台舱中层板的厚度为
40mm；所述平台舱顶层板和所述平台舱中层板比所述上舱隔板和所述下舱隔板厚度高
10mm。所述平台舱的包络尺寸为Ф3400mm×1620mm。

[0061] 所述平台舱顶层板、所述平台舱中层板和所述平台舱底层板相互平行；所述平台舱底层板、所述平台舱中层板和所述平台舱顶层板均采用多块扇形板拼接而成；所述平台舱底层板的拼缝与所述平台舱中层板拼缝在周向上彼此错开；所述平台舱顶层板的拼缝与所述平台舱中层板拼缝在周向上彼此错开。在本实施例中，平台舱底层板、平台舱中层板和平台舱顶层板均由三块120°的扇形板拼接而成；3条等间隔顶板拼缝12、3条等间隔中层板拼缝13以及3条等间隔底层板拼缝14在仪表平台圆周方向上彼此错开，保证整体刚度的各向同性。

[0062] 所述第一平台舱隔板包括上下舱一体化构型隔板和上舱隔板；所述中心承力筒的外表面设置有若干条沿轴向延伸的加强筋。本是实例中，所述加强筋的数量为9条。所述上下舱一体化构型隔板和所述上舱隔板的上端连接所述平台舱顶层板，下端连接所述平台舱中层板，侧端连接所述加强筋；所述第二平台舱隔板包括下舱隔板；所述下舱隔板的上端连接所述平台舱中层板，下端连接所述平台舱底层板，侧端连接所述加强筋。中心承力筒1的设置有三层法兰，分别与与平台舱顶层板的法兰、平台舱中层板的法兰、平台舱底层板的法兰连接，提高仪表平台结构的整体刚性。

[0063] 本发明提供的三轴气浮台仪表平台模拟装置，还包括桁架；所述桁架的一端连接所述载荷安装板，另一端连接所述平台舱顶层板的上表面；所述桁架用于加强所述载荷安装板的刚性。所述平台舱中层板上预埋有可相对于仪表平台中心处(即气浮球心)斜对称的高压气瓶安装法兰面。本发明提供的三轴气浮台仪表平台模拟装置与气浮球轴承相连，提供有姿态测量设备、调平衡设备、星上参试单机等安装接口。

[0064] 所述上下舱一体化构型隔板的下方设置有同步千斤顶球窝。

[0065] 本发明提供的三轴气浮台仪表平台模拟装置，还包括配重挂篮；所述配重挂篮连接所述平台舱底层板的下表面；所述配重挂篮能够沿所述平台舱底层板的径向移动；所述配重挂篮的配重能力0至120kg。

[0066] 本发明中仪表平台结构在三个方向上具有近等刚性，实现在三个方向上相近的重力弹性变形的质心漂移量，降低重力干扰力矩变化的不利影响，满足大型三轴气浮台优于30g·cm微干扰力矩的全物理仿真环境条件。

[0067] 本发明提供的三轴气浮台仪表平台模拟装置设计具有一定的先进性及灵活的扩展能力。该发明设计已应用于大型三轴气浮台研制中。

[0068] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。