一种基频与转动惯量可调的太阳翼地面模拟系统
阅读说明：本技术 一种基频与转动惯量可调的太阳翼地面模拟系统 (Fundamental frequency and rotational inertia adjustable solar wing ground simulation system ) 是由 于济菘 石有胜 张道威 高飞 关永亮 谷松 张雷 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基频与转动惯量可调的太阳翼地面模拟系统,包括惯量框架、中心架；惯量框架和中心架通过中心轴转动连接；惯量框架具有外侧杆和内侧杆,中心轴与内侧杆装配固定,且中心轴与惯量框架转动连接；该模拟系统还包括惯量调节组件和刚度调节组件；该模拟系统通过刚度调节组件满足不同基频的测试要求；该模拟系统通过惯量调节组件满足不同惯量的测试要求。本发明的模拟系统通过刚度调节组件和惯量调节组件改变系统的基频和转动惯量,从而实现对不同型号太阳翼的模拟；通过可以更换的弹簧使系统具有较低的刚度,可以模拟太阳翼低刚度的动态特性；通过更换不同的安装接口以实现对不同太阳翼驱动机构和航天器的适配,方便快捷且成本低廉。(The invention discloses a solar wing ground simulation system with adjustable fundamental frequency and rotational inertia, which comprises an inertia frame and a center frame, wherein the inertia frame is provided with a base frame; the inertia frame and the center frame are rotationally connected through a center shaft; the inertia frame is provided with an outer side rod and an inner side rod, a central shaft and the inner side rod are assembled and fixed, and the central shaft is rotationally connected with the inertia frame; the simulation system also comprises an inertia adjusting assembly and a rigidity adjusting assembly; the simulation system meets the test requirements of different fundamental frequencies through the rigidity adjusting component; the simulation system meets the test requirements of different inertias through the inertia adjusting assembly. The simulation system changes the fundamental frequency and the rotational inertia of the system through the rigidity adjusting assembly and the inertia adjusting assembly, thereby realizing the simulation of solar wings of different models; the system has lower rigidity through the replaceable spring, and the dynamic characteristic of low rigidity of the solar wing can be simulated; the different installation interfaces are replaced to realize the adaptation of different solar wing driving mechanisms and the spacecraft, so that the solar wing driving mechanism is convenient and fast to use, and the cost is low.)
技术领域
本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种基频与转动惯量可调的太阳 翼地面模拟系统。
背景技术
太阳翼是航天器的重要能源系统，其主要通过光伏发电原理来实现对航天 器的供能。现阶段，为了能够减轻重量，太阳翼多采用轻质的蜂窝板作为基板， 因此太阳翼具有质量轻、尺度大和刚度弱的特点。
而基于太阳翼的上述特点，导致在对太阳翼进行地面试验时操作困难，且 太阳翼受重量影响会产生内部应力或变形，影响试验结果。因此，实际研制过 程中，通常使用太阳翼模拟系统来代替太阳翼进行地面试验。
现有技术中的太阳翼多采用结构简单的刚性横梁或刚性板结构，虽然可以 模拟太阳翼的转动惯量，但是并不能模拟太阳翼低刚度的动态特性，地面试验 过程中无法反应太阳翼与驱动机构和航天器之间的刚柔耦合特性。同时目前的 太阳翼模拟系统无法调节自身转动惯量，因此不同太阳翼在进行模拟时需要制 作多个太阳翼模拟系统，成本较高。
现有技术中，授权公告号为CN208068090U，名称为《一种太阳翼模拟工 装》的中国实用新型专利公开了一种空间站柔性太阳翼展开机构，参见图1 至图2所示，此展开机构为刚性板式结构，主要包括主结构1、法兰盘2、减 轻孔3、加强筋4、太阳翼驱动机构安装孔5、太阳角计连接孔6。具体装配时， 太阳翼模拟工装通过法兰盘2、螺钉连接件9与太阳翼驱动机构7连接，而太 阳角计通过螺栓连接件10与模拟工装主结构1连接。而经过仔细分析现有技 术中公开的系统结构单一，不带有惯量调节功能，只能对固定惯量太阳翼进行 模拟，并且该太阳翼模拟系统为刚性板式结构，并不能真实反映柔性太阳翼低 固有频率的动态特性。
因此，针对上述技术问题，本领域的技术人员亟需研发一种具有转动惯量 和基频调节功能、且可以适配不同型号太阳翼模拟操作的基频与转动惯量可 调的太阳翼地面模拟系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种质量小、展开收拢体积比大、结构简单、可靠性 高、成本低的高展收比柔性太阳翼展开机构。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的一种基频与转动惯量可调的太阳翼地面模拟系统，该模拟系 统包括：
惯量框架；
装配于所述惯量框架中心位置的中心架；
所述惯量框架和所述中心架通过中心轴转动连接；
所述惯量框架具有外侧杆和内侧杆，所述中心轴与所述内侧杆装配固 定，且所述中心轴与所述惯量框架转动连接；
该模拟系统还包括：
集成于所述惯量框架的内侧杆的惯量调节组件；以及
集成于所述惯量框架的内侧杆和所述中心架之间的刚度调节组件；
所述中心轴一端通过安装接口与外部的太阳翼驱动机构或航天器装配 以将所述太阳翼驱动机构或航天器输出的驱动力矩输出至所述中心轴；
该模拟系统通过所述刚度调节组件满足不同基频的测试要求；
该模拟系统通过所述惯量调节组件满足不同惯量的测试要求。
进一步的，所述惯量框架通过所述外侧杆形成为四边形框架结构；
所述惯量框架内部连接有四根所述内侧杆；
所述内侧杆沿所述惯量框架的对角线方向布置，且所述内侧杆靠近所 述外侧杆一端固连于相邻两个外侧杆的连接处，所述内侧杆远离所述外侧 杆一端延伸至所述惯量框架的中心位置；
多根所述内侧杆延伸至所述惯量框架中心位置一端通过中心关节连 接；
所述中心关节沿其轴向开设有通孔，且中心关节内安装有角接触球轴 承，所述中心轴通过所述角接触球轴承与所述中心关节转动连接，所述角 接触球轴承通过锁紧螺母装配于所述中心关节内。
进一步的，所述内侧杆表面电镀有刻度线。
进一步的，所述惯量调节组件包括：
滑动连接于所述内侧杆的配重座；以及
安装于所述配重座的配重块；
所述配重座能够沿所述内侧杆的延伸方向滑动，且所述配重座通过紧 定螺丝与所述内侧杆定位；
所述配重块通过紧固件装配于所述配重座上；
该模拟系统通过改变所述配重座相对于所述内侧杆的位置、和/或改变 所述配重块的规格以满足不同惯量的测试要求。
进一步的，所述刚度调节组件包括：
滑动连接于所述内侧杆的弹簧调节座；以及
滑动连接于所述中心架的弹簧安装座；
所述弹簧安装座靠近所述弹簧调节座一端形成有弹簧安装夹片，所述 弹簧安装座靠近所述弹簧调节座一端形成有弹簧安装夹片，所述弹簧调节 座和弹簧安装夹片之间连接有弹簧；
所述弹簧调节座靠近所述弹簧一端具有朝向所述弹簧延伸的弹簧连接 端，且所述弹簧连接端连接于所述弹簧的中部；
所述弹簧调节座能够沿所述内侧杆的延伸方向滑动，且所述弹簧调节 座通过紧定螺丝与所述内侧杆定位；
所述弹簧安装座能够沿所述中心架的延伸方向滑动；
该模拟系统通过改变所述弹簧相对于所述内侧杆的位置、和/或改变所 述弹簧的刚度以满足不同基频的测试要求。
进一步的，所述中心架的两侧对称开设有滑槽；
所述弹簧安装座部分穿过所述滑槽并延伸至所述中心架的相对一侧；
所述弹簧安装座能够沿所述滑槽滑动。
进一步的，该模拟系统还包括：
横向吊装组件；以及
纵向吊耳；
通过所述横向吊装组件以将横向的模拟系统悬吊进行失重状态模拟；
通过所述纵向吊耳以将纵向的模拟系统悬吊进行失重状态模拟。
进一步的，所述横向吊装组件安装于所述中心轴的两端；
所述横向吊装组件包括：
通过吊装轴承安装于所述中心轴两端的吊装轴承座；以及
集成于所述吊装轴承座的横向吊装件；
所述中心轴上具有卡簧槽，所述吊装轴承通过卡簧和轴承挡片与所述 中心轴装配，且所述中心轴的端部开设有螺孔，并通过紧固螺丝紧固连接。
进一步的，相邻所述外侧杆的连接处安装有连接片；
每个所述连接片处安装有一个所述纵向吊耳。
在上述技术方案中，本发明提供的一种基频与转动惯量可调的太阳翼 地面模拟系统，具有以下有益效果：
本发明的模拟系统通过刚度调节组件和惯量调节组件改变系统的基频 和转动惯量，从而实现对不同型号太阳翼的模拟；通过可以更换的弹簧使 系统具有较低的刚度，可以模拟太阳翼低刚度的动态特性；通过更换不同 的安装接口以实现对不同太阳翼驱动机构和航天器的适配，方便快捷且成 本低廉。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种太阳翼模拟工装的结构示意图一；
图2为现有技术中的一种太阳翼模拟工装的结构示意图二；
图3为本发明实施例提供的一种基频与转动惯量可调的太阳翼地面模 拟系统的轴测图；
图4为本发明实施例提供的一种基频与转动惯量可调的太阳翼地面模 拟系统的惯量框架的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种基频与转动惯量可调的太阳翼地面模 拟系统的惯量调节组件的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种基频与转动惯量可调的太阳翼地面模 拟系统的刚度调节组件的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种基频与转动惯量可调的太阳翼地面模 拟系统的横向吊装组件的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种基频与转动惯量可调的太阳翼地面模 拟系统的安装结构的结构示意图。
附图标记说明：
1、惯量框架；2、中心轴；3、中心架；4、惯量调节组件；5、刚度调 节组件；6、横向吊装组件；7、纵向吊耳；8、安装接口；
101、外侧杆；102、内侧杆；103、连接片；104、中心关节；105、角 接触球轴承；106、锁紧螺母；
201、螺孔；
301、滑槽；
401、配重座；402、配重块；
501、弹簧调节座；502、弹簧安装座；503、弹簧安装夹片；504、弹 簧；
601、吊装轴承座；602、横向吊装件；603、吊装轴承；604、卡簧； 605、轴承挡片；606、紧固螺丝。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图 对本发明作进一步的详细介绍。
参见图3～图8所示；
本发明的一种基频与转动惯量可调的太阳翼地面模拟系统，该模拟系 统包括：
惯量框架1；
装配于惯量框架1中心位置的中心架3；
惯量框架1和中心架3通过中心轴2转动连接；
惯量框架1具有外侧杆101和内侧杆102，中心轴2与内侧杆102装 配固定，且中心轴2与惯量框架1转动连接；
该模拟系统还包括：
集成于惯量框架1的内侧杆102的惯量调节组件4；以及
集成于惯量框架1的内侧杆102和中心架3之间的刚度调节组件5；
中心轴2一端通过安装接口8与外部的太阳翼驱动机构或航天器装配 以将太阳翼驱动机构或航天器输出的驱动力矩输出至中心轴2；
该模拟系统通过刚度调节组件5满足不同基频的测试要求；
该模拟系统通过惯量调节组件4满足不同惯量的测试要求。
具体的，本实施例公开了一种基频与转动惯量均可调节的太阳翼地面 模拟系统，其包括惯量框架1、中心架3、中心轴2、惯量调节组件4、刚 度调节组件5、以及能够与外部的太阳翼驱动机构和航天器适配的安装接 口；通过更换安装接口8，能够让该系统适配不同规格的太阳翼驱动机构 和航天器；而中心架3通过螺栓与中心轴2固连，保持中心架3能够随着 中心轴2转动。而本实施例的模拟系统根据不同的模拟要求，通过上述的 刚度调节组件5调节基频，以及通过上述的惯量调节组件4调节转动惯量， 提高了适用性，且该系统调节操作十分便捷，使用灵活。
优选的，本实施例的惯量框架1通过外侧杆101形成为四边形框架结 构；
惯量框架1内部连接有四根内侧杆102；
内侧杆102沿惯量框架1的对角线方向布置，且内侧杆102靠近外侧 杆101一端固连于相邻两个外侧杆101的连接处，内侧杆102远离外侧杆 101一端延伸至惯量框架1的中心位置；
多根内侧杆102延伸至惯量框架1中心位置一端通过中心关节104连 接；
中心关节104沿其轴向开设有通孔，且中心关节104内安装有角接触 球轴承105，中心轴2通过角接触球轴承105与中心关节104转动连接， 角接触球轴承105通过锁紧螺母106装配于中心关节104内。
该处进一步限定了惯量框架1的结构组成，其包括四根外侧杆101和 四根内侧杆102，通过四根外侧杆101收尾互连地形成为四边形框架结构， 并在对角线上连接上述四根内侧杆102，利用紧固件实现连接；在内侧杆 102彼此靠近一端通过中心关节104连接，中心关节104作为中心轴2的 连接部件，其与中心轴2转动连接，为了实现中心轴2的转动连接，在中 心关节104内装配了角接触球轴承105，同时利用锁紧螺母106拧紧在中 心轴2的螺纹上，用以固定角接触球轴承105，防止角接触球轴承105沿 中心轴2的轴向窜动。
为了能够更加精准地利用上述的刚度调节组件5和惯量调节组件4调 节基频和转动惯量，本实施例的内侧杆102表面电镀有刻度线。
优选的，本实施例的惯量调节组件4包括：
滑动连接于内侧杆102的配重座401；以及
安装于配重座401的配重块402；
配重座401能够沿内侧杆102的延伸方向滑动，且配重座401通过紧 定螺丝与内侧杆102定位；
配重块402通过紧固件装配于配重座401上；
该模拟系统通过改变配重座401相对于内侧杆102的位置、和/或改变 配重块402的规格以满足不同惯量的测试要求。
本实施例进一步限定了惯量调节组件4的组成，在内侧杆102上套设 配重座401，配重座401在没有约束时可以沿内侧杆102的延伸方向滑动， 具体滑动的位置以上述的刻度线作为基准，滑动到指定位置后，利用紧定 螺丝固定，并在配重座401上通过紧固件固定配重块402，而配重块402 可以根据模拟要求更换。
优选的，本实施例的刚度调节组件5包括：
滑动连接于内侧杆102的弹簧调节座501；以及
滑动连接于中心架3的弹簧安装座502；
弹簧安装座502靠近弹簧调节座501一端形成有弹簧安装夹片503， 弹簧安装座502靠近弹簧调节座501一端形成有弹簧安装夹片503，弹簧 调节座501和弹簧安装夹片503之间连接有弹簧504；
弹簧调节座501靠近弹簧504一端具有朝向弹簧504延伸的弹簧连接 端，且弹簧连接端连接于弹簧504的中部；
弹簧调节座501能够沿内侧杆102的延伸方向滑动，且弹簧调节座501 通过紧定螺丝与内侧杆102定位；
弹簧安装座502能够沿中心架3的延伸方向滑动；
该模拟系统通过改变弹簧504相对于内侧杆102的位置、和/或改变弹 簧504的刚度以满足不同基频的测试要求。
另外，本实施例又进一步限定了刚度调节组件5的结构组成，首先将 弹簧调节座501套设在内侧杆102上，并在中心架3的对应位置安装弹簧 安装座502，并在弹簧调节座501和弹簧安装夹片503之间连接弹簧504， 该弹簧504中间位置与弹簧调节座501连接。与配重座401调节方式类似， 该弹簧调节座501也是利用紧定螺丝实现与内侧杆102的定位。
更进一步的，本实施例的中心架3的两侧对称开设有滑槽301；
弹簧安装座502部分穿过滑槽301并延伸至中心架3的相对一侧；
弹簧安装座502能够沿滑槽301滑动。
为了能够模拟失重状态，本实施例的模拟系统还包括：
横向吊装组件6；以及
纵向吊耳7；
通过横向吊装组件6以将横向的模拟系统悬吊进行失重状态模拟；
通过纵向吊耳7以将纵向的模拟系统悬吊进行失重状态模拟。
优选的，本实施例的横向吊装组件6安装于中心轴2的两端；
横向吊装组件6包括：
通过吊装轴承603安装于中心轴2两端的吊装轴承座601；以及
集成于吊装轴承座601的横向吊装件602；
中心轴2上具有卡簧槽，吊装轴承603通过卡簧604和轴承挡片605 与中心轴2装配，且中心轴2的端部开设有螺孔201，并通过紧固螺丝606 紧固连接。
其中，上述的相邻外侧杆101的连接处安装有连接片103；
每个连接片103处安装有一个纵向吊耳7。
在上述技术方案中，本发明提供的一种基频与转动惯量可调的太阳翼 地面模拟系统，具有以下有益效果：
本发明的模拟系统通过刚度调节组件5和惯量调节组件4改变系统的 基频和转动惯量，从而实现对不同型号太阳翼的模拟；通过可以更换的弹 簧504使系统具有较低的刚度，可以模拟太阳翼低刚度的动态特性；通过 更换不同的安装接口8以实现对不同太阳翼驱动机构和航天器的适配，方 便快捷且成本低廉。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑， 对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可 以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述 在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
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