一种微低重力空间展开卸载系统的设计及应用

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1、设计·工艺2017年2月第1期一种微低重力空间展开卸载系统的设计及应用郭晨亮1杨涛1王树军2焦云雷1王现冲1(1．天津航天机电设备研究所，天津300458；2．内蒙古金岗重工有限公司，呼和浩特010076)摘要：为验证机构设计的正确性和工作可靠性，通过分析探测器悬梯机构纵向空间展开过程，确定微低重力卸载系统的设计方案并建立数学模型。详细设计微低重力卸载系统，应用于探月工程某探测月面微低重力环境下悬梯机构展开功能测试。同时，为其他机构产品在地面模拟月面环境或其他微低重力环境下的空间展开试验验证提供参考价值。关键词：空间展开机构；微低重力；重力卸载

2、系统；设计与应用DesignandApplicationofAUnloadingSystemofSpatialDeploymentforMicroorLowGravityGuoChenlian91YangTa01WangShujun2JiaoYunleilWangXianchon91(1．TianjinAerospaceInstituteofElectricalandMechanicalEquipment，Tianjin300458；2．InnerMongoliaJingangHeavyIndustryCo．，Ltd，Hohhot010076)

3、Abstract：Toverifythereliabilityandcorrectnessofthemechanismdesign，thedesignprogramsofgravityunloadingsystemaredeterminedandthemathematicalmodelisbuiltbyanalyzingtheprocessofthespatialdeployment．Thedetaileddesignoftheunloadingsystemhavebeenappliedtoarampmechanisminthelunarexp

4、lorationprogram．Thispapercanprovidesomereferencevalueforthespatialdeploymentexperimentofmechanismsinmicroorlowgravityenvironment．Keywords：spatialdeploymentmechanism；microorlowgravity；gravityunloadingsystem；designandapplication1引言为保证某悬梯机构在月球上能正常展开工作，必须在地面模拟月球环境下的功能，验证机构在月球六分之

5、一重力环境下的工作性能。模拟低重力的方法有柔性悬吊法、刚性悬吊法、气浮支撑法、磁悬浮支撑法、液浮支撑法等方法来实现⋯。针对不同机构运动特性采用相应的模拟方法。本文主要介绍采用柔性悬吊法+气浮支撑法来设计月球微低重力卸载系统，实现模拟月球重力环境下悬梯机构纵向展开功能。2悬梯机构工作过程及特点2．1悬梯纵向展开功能概述某悬梯由2个并行的分段悬梯通过铰链铰接而成，通过弹簧驱动力在微低重力环境下同时展开并锁定为刚体。在展开过程中较短的悬梯在重力环境下向重力方向运动，因此有利于展开，在微低重力环境下不考虑；较长悬梯展开过程运动方向与微低重力方向相反，因

6、此需进行微低重力补偿。2个悬梯质心跨距850mm，微低重力卸载系统必须满足2个悬梯同时展开的功能，微低重力卸载系统在运动过程中不得发生干涉。某悬梯机构工作过程示意图如图I。作者简介：郭晨亮(1983一)，工程师，机械设计制造及其自动化专业：研究方向航天器机构精密制造工艺设计及机电设备结构设计。收稿日期：2017-02—0638热设计·工艺航天制造技术。不得发生干涉；’d．低重力卸载系统要能够在不同地点及环境重复。使用。方法简单、操作方便。图1某机构工作过程示意图2．2性能指标要求a．月球低重力卸载系统应抵消整个运动部件重力的六分之五，允许误差：

7、-4-10％；b．地面试验时使外悬梯处于微低重力环境，提供拉力不小于30N；C．在两悬梯在展开运动过程中模拟月面重力装置3微低重力卸载方法及特点分析3．1微低重力卸载方法分析根据重力抵消的原理，目前国际上通用的研究方法主要有落塔法、悬吊法、水浮法和气浮法等【2一J。通过查阅资料，主要采用悬吊法卸载，选取以下几个方案进行对比、选择，确定适用于此悬梯机构展开的功能的最佳方案。表1从功能性、可靠性、稳定性、环境条件要求、制造成本、试验成本、实现难易程度等方面，对“气球恒力悬吊法”、“定滑轮低重力提升法”、“机构恒重力提升法”三种月球重力补偿方法进行了

8、比较。表1三种月球重力补偿方法优缺点的比较【4]方案气球恒力悬吊法定滑轮低重力提升法机构恒重力提升法功能性满足要求，无冲击满足要求，有冲击满足要求，无