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专利名称：一种卫星姿态转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星质量特性测试，特别涉及一种卫星姿态转换装置。
背景技术：
在卫星的研制过程中，需要对卫星进行质量特性测试，包括质心测量、转动惯量测量以及配重补偿，使整星的质量特性满足运载和姿轨控制的需求，并验证整星质量特性的理论计算值。质心测试使用质心测试台进行测试，包括X、Y、Z三个方向的测试，如测量不满足要求需进行配重。如图1所示，在做χ、γ向质心测试时，需要使用垂直工装将卫星垂直向放置在质心测试台上进行测试，如图2所示，在做Z向质心测试时需要使用水平工装将卫星翻身90°水平向放置在质心测试台上进行测试。转动惯量测试使用转动惯量测试台进行测试，包括Jx、Jy、Jz、Jx-y θ、Jz-χ θ、 Jz-y θ向的测试，其中Jx-y θ表示卫星绕Z轴逆时针转动θ角的转动惯量，Jz-x θ表示卫星绕Y轴逆时针转动θ角的转动惯量，Jz-y θ表示卫星绕X轴逆时针转动θ角的转动
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贝里。如图3所示，Jz向转动惯量测试是使用垂直工装将卫星垂直向放置在转动惯量测试台上进行测试；如图4所示，Jx、Jy、Jx-y θ向转动惯量测试是使用水平工装(I)将卫星翻身90°水平向放置在转动惯量测试台上进行测试，测试时卫星需要逆时针转动θ角；如图5所示，Jz-x θ ,Jz-y θ向转动惯量测试是使用水平工装(I)、水平工装(II)将卫星垂直向放置在转动惯量测试台上进行测试，测试时卫星需要逆时针转动θ角。从对卫星质量特性测试过程的上述描述来看，在做质量特性测试时，除了需要质心测试台、转动惯量测试台等装置外，还需要有用于对卫星的姿态进行调整的装置，如所述的垂直工装、水平工装(I)、水平工装(II)等，这一类型的装置也被称为卫星姿态转换装置。在现有技术中虽然也存在卫星姿态转换装置，但这些装置都具有结构复杂，重量大，很难做吊装翻身，不利于操作等缺陷。

发明内容
本发明的目的在于克服现有装置结构复杂，重量大，很难做吊装翻身，不利于操作等缺陷，从而提供一种结构简单、易于操作的卫星姿态转换装置。为了实现上述目的，本发明提供了一种卫星姿态转换装置，包括L梁、直角支架、 垂直工装以及配重块；其中，所述垂直工装用于安装所述卫星，通过所述垂直工装能够对所述卫星做X、Y向质心测试和Jz向转动惯量测试；所述L梁包括主体结构、连接圆盘、移动机构、旋转机构、支撑系统以及起吊翻身系统；所述主体结构呈L形，其内部中空，用来安装所述的旋转机构、起吊翻身系统、移动机构以及配重块；所述的连接圆盘位于所述主体结构底部，用于将所述的L梁连接到外部的质心测试台或转动惯量测试台；所述的移动机构位于所述主体结构中靠近底部的位置，它与所述连接圆盘连接，用于使所述主体结构在所述连接圆盘上前后运动；所述的支撑系统安装于所述主体结构的横梁之上，用来支撑所述旋转机构的轴承；所述起吊翻身系统用于对卫星做吊装和翻身操作；将安装有卫星的垂直工装安装到L梁上的旋转机构后，能够对卫星做Z向质心测试和Jx、Jy、Jx-y θ向转动惯量测试，能够使卫星绕Z轴旋转；所述的直角支架成L形，所述直角支架的底部与所述垂直工装的底部连接，所述直角支架的上部与所述L梁中的旋转机构连接；所述的L梁、直角支架、垂直工装组合后用于Jz-X θ、Jz-y θ向转动惯量测试，能够使安装于其上的卫星绕X轴或Y轴旋转；所述的配重块用于对卫星姿态转换装置进行配重。上述技术方案中，所述的垂直工装由ZALSi9Mg整体铸造、加工成形，并经过表面冷硬阳极化处理。上述技术方案中，所述L梁的主体结构由ZALSi9Mg铸造加工成形。上述技术方案中，所述的移动机构为一套滚珠丝杠副。上述技术方案中，所述的旋转机构包括旋转轴、轴承、旋转圆盘、涡轮蜗杆机构。上述技术方案中，所述的支撑系统包括支撑杆和滚轮。上述技术方案中，所述的起吊翻身系统包括四根起吊臂、两副单杆吊具，其中所述两幅单杆吊具分别安装在所述L梁主体结构的顶部与底部。本发明的优点在于本发明的卫星姿态转换装置具有重量轻、结构简单、可以进行吊装翻身的特点，能够满足卫星质量特性测试的要求。


下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明，其中图1为X、Y向质心测试示意图；图2为Z向质心测试示意图；图3为Jz向转动惯量测试示意图；图4为Jx、Jy、Jx-y θ向转动惯量测试示意图；图5为Jz-X θ、Jz-y θ向转动惯量测试；图6为卫星姿态转换装置总图；图7为L梁、垂直工装的组合件示意图；图8为垂直工装示意图；图9为L梁示意图；图10为直角支架示意图。
具体实施例方式参考图6，在一个实施例中，本发明的卫星姿态转换装置包括L梁、直角支架、垂直工装以及配重块；其中，所述的垂直工装用于X、Y向质心测试和Jz向转动惯量测试；所述的L梁、垂直工装组合后用于Z向质心测试和Jx、Jy、Jx-y θ向转动惯量测试，并能够使安装于其上的卫星绕Z轴旋转；所述的L梁、直角支架、垂直工装组合后用于Jz-X θ、Jz-y θ向转动惯量测试，能够使卫星绕X轴或Y轴旋转；所述的配重块用于对卫星姿态转换装置进行配重，使本装置的质心位于质心测试台、转动惯量测试台中心轴线上，减小工装对卫星质量特性测试精度的影响。下面对这些部件的机构以及如何利用这些部件进行卫星质量特性测试的过程进行说明。一、垂直工装垂直工装用于X、Y向质心测试和Jz向转动惯量测试，同时是整套姿态转换装置中与卫星连接的工装。为减小垂直工装重量对卫星转动惯量测试精度的影响，垂直工装需要轻量化设计；为满足支撑卫星的需求，垂直工装需要有足够的刚度和硬度。为了满足上述要求，本发明中的垂直工装为一整体结构，它由ZALSi9Mg整体铸造、加工成形，并经过表面冷硬阳极化处理。为满足测试精度的要求，垂直工装应当具有较高的平面度、平行度和同轴度，如图 8所示，在一个实施例中，垂直工装表面的平面度为0. 1，上行表面的平行度为0. 1，通孔的同轴度为0. 06。垂直工装在最终成形后需经过动、静平衡校正。使用时，垂直工装通过一个定位销与质心测试台或转动惯量测试台连接，再将卫星固定在垂直工装上，从而进行X、Y向质心测试和Jz向转动惯量的测试。二、L 梁本发明中的L梁所起到的作用相当于之前背景技术中所提到的水平工装(I)，参考图7，它与垂直工装组装后使用，用于Z向质心测试和Jx、Jy、Jx-y θ向转动惯量测试，能够使卫星绕Z轴旋转。如图9所示，L梁包括主体结构、连接圆盘、移动机构、旋转机构、支撑系统、起吊翻身系统。下面对这些部件的功能、结构以及相互间的配合关系做进一步说明。为了减小工装重量，L梁主体结构成L形，它由ZALSi9Mg铸造加工成形，该结构内部中空，可用来安装旋转机构、起吊翻身系统、移动机构以及配重块等部件。连接圆盘位于所述L梁主体结构的底部，用于将L梁连接到质心测试台或转动惯量测试台，这一连接通过一个定位销实现，它由锻铝加工成形，具有较高的平面度、同轴度。移动机构位于L梁主体结构中靠近底部的位置，它与所述连接圆盘连接，用于使L 梁主体结构在连接圆盘上前后运动，以调节其在质心测试台、转动惯量测试台上的位置，从而使卫星质心在测试台中心轴线上，移动机构的主体是一套滚珠丝杠副。旋转机构位于所述L梁主体结构的上部，它用于使卫星绕旋转轴旋转，实现不同角度的姿态转换，它主要由旋转轴、轴承、旋转圆盘、涡轮蜗杆机构组成。所述支撑系统安装于L梁主体结构的横梁之上，用来支撑旋转机构中与卫星连接的圆环，减小旋转机构轴承承受的力，主要由支撑杆和滚轮组成。起吊翻身系统用于卫星姿态转换装置的吊装和翻身操作，由四根起吊臂、两副单杆吊具组成，两幅单杆吊具分别安装在所述L梁主体结构的顶部与底部，通过双钩吊装，实现本卫星姿态转换装置的吊装与翻身90°操作。在使用时，首先根据卫星的设计质心位置，计算出卫星安装在卫星姿态转换装置上时的质心位置，通过L梁中的移动机构调节连接圆盘位置，使连接圆盘上的定位销孔中心与卫星设计质心处于同一竖直轴线上；然后将垂直工装与L梁连接固定，形成一卫星姿态转换装置，整体吊装至质心测试台上，测试该卫星姿态转换装置的质心，在配重块I位置进行配重，使卫星姿态转换装置的质心、连接圆盘上的定位销孔中心、卫星设计质心、质心测试台中心处于同一竖直轴线上，记录配重重量和位置。之后将卫星姿态转换装置整体吊装至转动惯量测试台上，测试卫星姿态转换装置的转动惯量值。通过以上步骤，卫星姿态转换装置自身状态调试完毕，可以进行卫星的质量特性测试。将调试完毕的卫星姿态转换装置上的配重取下，吊装翻身逆时针90°，将卫星吊装至本装置上固定，再吊装翻身顺时针90°，此时状态与附图7状态一致。然后将本装置与卫星整体吊装至质心测试台上，配重放回原位，进行质心测试，通过计算得到卫星的Z向质心值。再整体吊装至转动惯量测试台上进行转动惯量测试，测试时使用旋转机构旋转θ角度，通过计算得到卫星的Jx、Jy> Jx-y θ转动惯量值。三、直角支架本发明中的直角支架所起的作用相当于背景技术中所提到的水平工装(II)，参考图6，直角支架需要与L梁、垂直工装组装后方可使用，用于Jz-X θ、Jz-y θ向转动惯量测试，能够使卫星绕X轴或Y轴旋转。如图10所示，直角支架成L形，在L形的底部有一带有安装孔的圆盘，用于与垂直工装的底部连接，在L形的上部也有一带有安装孔的圆盘，用于与L梁中的旋转机构连接。 在直角支架的顶部还包括有一固定配重，并留有活动配重固定接口。直角支架设计时需要考虑到卫星的质心高度，使卫星安装至本卫星姿态转换装置上时质心位于旋转轴线上。直角支架主体结构由ZALSi9Mg铸造加工成形。在使用时，首先按附图6组装直角支架、L梁、垂直工装，形成一卫星姿态转换装置，通过L梁中的移动机构调节连接圆盘位置，使所述连接圆盘上的定位销孔中心与卫星设计质心处于同一竖直轴线上。然后将本装置整体吊装至质心测试台上，测试本装置的质心，在配重块I位置、配重块II位置进行配重，同时需要使用L梁中的旋转机构使直角工装旋转θ角度，使本装置的质心、连接圆盘上的定位销孔中心、卫星设计质心、质心测试台中心处于同一竖直轴线上，记录配重重量和位置。之后将本装置整体吊装至转动惯量测试台上，测试本装置的转动惯量值；使用旋转机构使直角工装旋转θ角度，测试转动惯量值。通过以上步骤，本卫星姿态转换装置自身状态调试完毕，获得了必要的测试值，可以进行卫星的质量特性测试。将调试完毕的卫星姿态转换装置上的配重取下，吊装至组装工位，将卫星吊装至本装置上固定，此时状态与附图6状态一致。然后将本装置与卫星整体吊装至转动惯量测试台上进行转动惯量测试，配重放回原位，测试时使用旋转机构旋转θ角度，通过计算得到卫星的Jz-X θ转动惯量值。吊装卫星，使卫星绕竖直轴旋转90°，重新与本装置连接，进行转动惯量测试，测试时使用旋转机构旋转θ角度，通过计算得到卫星的Jz-y θ转动惯量值。本发明的卫星姿态转换装置能够通过旋转机构使卫星绕旋转轴旋转，实现姿态转换；能够通过移动机构调节本装置在测试台上的位置，使卫星质心在测试台中心轴线上； 能够通过起吊翻身系统实现本装置的吊装和翻身操作，方便本装置自身的组装、卫星安装至本装置、本装置安装至测试台；能够通过配重调节本装置的质心位置，使本装置的质心与卫星的质心、测试台中心处于同一轴线上，减小工装对卫星质量特性测试精度的影响。
权利要求
1.一种卫星姿态转换装置，其特征在于，包括L梁、直角支架、垂直工装以及配重块；其中，所述垂直工装用于安装所述卫星，通过所述垂直工装能够对所述卫星做X、Y向质心测试和Jz向转动惯量测试；所述L梁包括主体结构、连接圆盘、移动机构、旋转机构、支撑系统以及起吊翻身系统; 所述主体结构呈L形，其内部中空，用来安装所述的旋转机构、起吊翻身系统、移动机构以及配重块；所述的连接圆盘位于所述主体结构底部，用于将所述的L梁连接到外部的质心测试台或转动惯量测试台；所述的移动机构位于所述主体结构中靠近底部的位置，它与所述连接圆盘连接，用于使所述主体结构在所述连接圆盘上前后运动；所述的支撑系统安装于所述主体结构的横梁之上，用来支撑所述旋转机构的轴承；所述起吊翻身系统用于对卫星做吊装和翻身操作；将安装有卫星的垂直工装安装到L梁上的旋转机构后，能够对卫星做Z向质心测试和Jx、Jy、Jx-y θ向转动惯量测试，能够使卫星绕Z轴旋转；所述的直角支架成L形，所述直角支架的底部与所述垂直工装的底部连接，所述直角支架的上部与所述L梁中的旋转机构连接；所述的L梁、直角支架、垂直工装组合后用于 Jz-x θ、Jz-y θ向转动惯量测试，能够使安装于其上的卫星绕X轴或Y轴旋转；所述的配重块用于对卫星姿态转换装置进行配重。
2.根据权利要求1所述的卫星姿态转换装置，其特征在于，所述的垂直工装由 ZALSiQMg整体铸造、加工成形，并经过表面冷硬阳极化处理。
3.根据权利要求1所述的卫星姿态转换装置，其特征在于，所述L梁的主体结构由 ZALSi9Mg铸造加工成形。
4.根据权利要求1所述的卫星姿态转换装置，其特征在于，所述的移动机构为一套滚珠丝杠副。
5.根据权利要求1所述的卫星姿态转换装置，其特征在于，所述的旋转机构包括旋转轴、轴承、旋转圆盘、涡轮蜗杆机构。
6.根据权利要求1所述的卫星姿态转换装置，其特征在于，所述的支撑系统包括支撑杆和滚轮。
7.根据权利要求1所述的卫星姿态转换装置，其特征在于，所述的起吊翻身系统包括四根起吊臂、两副单杆吊具，其中所述两幅单杆吊具分别安装在所述L梁主体结构的顶部与底部。
全文摘要
本发明涉及一种卫星姿态转换装置，包括L梁、直角支架、垂直工装以及配重块；其中，垂直工装用于安装所述卫星，通过垂直工装能够对卫星做X、Y向质心测试和Jz向转动惯量测试；将安装有卫星的垂直工装安装到L梁上的旋转机构后，能够对卫星做Z向质心测试和Jx、Jy、Jx-yθ向转动惯量测试，能够使卫星绕Z轴旋转；直角支架成L形，直角支架的底部与垂直工装的底部连接，直角支架的上部与L梁中的旋转机构连接；L梁、直角支架、垂直工装组合后用于Jz-xθ、Jz-yθ向转动惯量测试，能够使安装于其上的卫星绕X轴或Y轴旋转；配重块用于对卫星姿态转换装置进行配重。本发明具有重量轻、结构简单、可以进行吊装翻身的优点。
文档编号G01M1/38GK102494842SQ20111036247
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者张弛, 王正华, 童利东, 邵梁强 申请人:上海卫星工程研究所