《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》是上海衛星工程研究所於2015年7月31日申請的專利，該專利的公布號為CN105035370A，授權公布日為2015年11月11日，發明人是宋效正、杜冬、李志慧、姚賽金。
《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》提供了一種三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，包括中心承力筒、平台艙頂層板、平台艙中層板、平台艙底層板、第一平台艙隔板、第二平台艙隔板和載荷安裝板；其中，所述平台艙頂層板設定在所述中心承力筒的頂端；所述平台艙底層板設定在所述中心承力筒的底端；所述平台艙中層板設定在所述平台艙頂層板和所述平台艙底層板之間；所述中心承力筒由下向上依次貫穿所述平台艙底層板、所述平台艙中層板和所述平台艙頂層板形成平台艙。該發明中所述平台艙頂層板、所述平台艙中層板以及所述平台艙隔板採用鋁合金框架並填充蜂窩夾層補強結構板製成，三個方向結構近等剛性設計，減輕自身重量，提升靜承載能力，並降低重力干擾力矩變化的不利影響。
2020年7月14日，《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：三軸氣浮台儀表平台模擬裝置
- 申請人：上海衛星工程研究所
- 申請日：2015年7月31日
- 申請號：2015104659402
- 公布號：CN105035370A
- 公布日：2015年11月11日
- 發明人：宋效正、杜冬、李志慧、姚賽金
- 地址：上海市閔行區華寧路251號
- Int. Cl.：B64G7/00(2006.01)I
- 代理機構：上海漢聲智慧財產權代理有限公司
- 代理人：郭國中
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
採用氣浮球軸承支撐的三軸氣浮台能夠依靠壓縮空氣在氣浮球與軸承座之間形成的氣膜，使模擬台體浮起，不僅能模擬衛星在軌三軸方向所需要的姿態運動，還能模擬衛星三軸姿態耦合動力學。
大型光學遙感衛星由於其圖像解析度、指向精度、定位精度等要求越來越高，地面採用大型三軸氣浮台進行物理仿真時，對三軸氣浮台的微干擾力矩要求較高，需優於30克·厘米。這就需要精心設計大型三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，不僅模擬預定型號衛星的大轉動慣量等質量特性，為參試仿真設備提供支撐和安裝接口，將所有重量載荷傳遞到連線於儀表平台中心處的氣浮球，並且在大尺寸條件下保證較小的重力彈性變形以降低重力干擾力矩變化，確保三軸微干擾力矩狀態下的動力學特性。
經過對2015年7月之前技術的檢索，發現申請號201310470025.3，名稱為適用於空間飛行器仿真試驗的微干擾力矩環境模擬裝置的發明，公開了大型三軸氣浮台氣浮球軸承系統裝置的設計，沒有涉及到儀表平台模擬裝置的設計。
李季蘇等在氣浮台在衛星控制系統仿真中的套用（航天控制，2008年，第5期，33-38頁）論文中敘述了三軸氣浮台仿真設備在衛星控制系統仿真中的套用，但沒有具體給出氣浮台儀表平台結構的設計方法。
發明內容
專利目的
《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》的目的是提供一種三軸氣浮台儀表平台模擬裝置。
技術方案
《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》基於三軸氣浮台大體積、高承載、微干擾力矩環境模擬的任務需求，設計了一種大型三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，採用鋁合金板和鋁合金框架蜂窩補強混合型結構，減輕自身重量，提升靜承載能力；兼顧三個方向近等剛性設計，降低重力干擾力矩變化的不利影響；通過平台艙和有效載荷艙分艙段設計，實現星上單機和有效載荷安裝的可擴展性。
根據《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》提供的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，包括中心承力筒、平台艙頂層板、平台艙中層板、平台艙底層板、第一平台艙隔板、第二平台艙隔板和載荷安裝板；
其中，所述平台艙頂層板設定在所述中心承力筒的頂端；所述平台艙底層板設定在所述中心承力筒的底端；所述平台艙中層板設定在所述平台艙頂層板和所述平台艙底層板之間；所述中心承力筒由下向上依次貫穿所述平台艙底層板、所述平台艙中層板和所述平台艙頂層板形成平台艙；
所述第一平台艙隔板設定在所述平台艙頂層板和所述平台艙中層板之間，從而將所述平台艙頂層板和所述平台艙中層板之間的空間分隔為多個第一平台艙隔艙；所述第二平台艙隔板設定在所述平台艙底層板和所述平台艙中層板之間，從而將所述平台艙底層板和所述平台艙中層板之間的空間分隔為多個第二平台艙隔艙；
所述載荷安裝板連線所述平台艙頂層板的上表面，形成載荷艙。
優選地，所述中心承力筒採用一體化鋁鑄件，所述中心承力筒的圓錐段設定有觀察窗；所述平台艙頂層板、所述平台艙中層板以及所述平台艙隔板採用鋁合金框架並填充蜂窩夾層補強結構板製成；所述載荷安裝板採用宮格形鏤空的鋁合金板製成。
優選地，所述平台艙頂層板、所述平台艙中層板和所述平台艙底層板相互平行；所述平台艙底層板、所述平台艙中層板和所述平台艙頂層板均採用多塊扇形板拼接而成；所述平台艙底層板的拼縫與所述平台艙中層板拼縫在周向上彼此錯開；所述平台艙頂層板的拼縫與所述平台艙中層板拼縫在周向上彼此錯開。
優選地，所述第一平台艙隔板包括上下艙一體化構型隔板和上艙隔板；所述中心承力筒的外表面設定有若干條沿軸向延伸的加強筋；所述上下艙一體化構型隔板和所述上艙隔板的上端連線所述平台艙頂層板，下端連線所述平台艙中層板，側端連線所述加強筋；所述第二平台艙隔板包括下艙隔板；所述下艙隔板的上端連線所述平台艙中層板，下端連線所述平台艙底層板，側端連線所述加強筋。
優選地，還包括桁架；所述桁架的一端連線所述載荷安裝板，另一端連線所述平台艙頂層板的上表面；所述桁架用於加強所述載荷安裝板的剛性。
優選地，所述平台艙中層板上預埋有高壓氣瓶安裝法蘭面。
優選地，所述上下艙一體化構型隔板的下側設定有同步千斤頂球窩
優選地，還包括配重掛藍；所述配重掛藍連線所述平台艙底層板的下表面；所述配重掛藍能夠沿所述平台艙底層板的徑向移動；所述配重掛藍的配重能力0至120千克。
優選地，所述平台艙頂層板和所述平台艙中層板的厚度為40毫米；所述平台艙頂層板和所述平台艙中層板比所述上艙隔板和所述下艙隔板厚度高10毫米。
優選地，所述平台艙的包絡尺寸為Ф3400毫米×1620毫米。
有益效果
1、《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》的承載能力大於5噸，通過平台艙和載荷艙分艙段設計，實現星上單機和有效載荷安裝的可擴展性；
2、《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》中所述平台艙頂層板、所述平台艙中層板以及所述平台艙隔板採用鋁合金框架並填充蜂窩夾層補強結構板製成，三個方向結構近等剛性設計，減輕自身重量，提升靜承載能力，並降低重力干擾力矩變化的不利影響；
3、《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》能夠在大尺寸條件下將儀表平台上的重量載荷有效傳遞到連線於儀表平台中心處的氣浮球上，模擬大型衛星質量特性，用於三軸氣浮台微干擾力矩環境條件下的全物理仿真。
附圖說明
圖1為《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》的結構示意圖；
圖2為《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》中平台艙結構組裝示意圖；
圖3為《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》的平台艙中層板和平台艙頂層板的承力框的結構示意圖。
圖中：1為中心承力筒；2為平台艙頂層板；3為平台艙中層板；4為平台艙底層板；5為上下艙一體化構型隔板；6為上艙隔板；7為下艙隔板；8為載荷安裝板；9為桁架；10為配重掛籃；11為高壓氣瓶安裝法蘭面；12為等間隔頂板拼縫；13為等間隔中層板拼縫；14為等間隔底板拼縫；15為千斤頂球窩。
技術領域
《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》涉及三軸氣浮台，具體地，涉及一種三軸氣浮台儀表平台模擬裝置。
權利要求
1.一種三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，其特徵在於：包括中心承力筒、平台艙頂層板、平台艙中層板、平台艙底層板、第一平台艙隔板、第二平台艙隔板和載荷安裝板；其中，所述平台艙頂層板設定在所述中心承力筒的頂端；所述平台艙底層板設定在所述中心承力筒的底端；所述平台艙中層板設定在所述平台艙頂層板和所述平台艙底層板之間；所述中心承力筒由下向上依次貫穿所述平台艙底層板、所述平台艙中層板和所述平台艙頂層板形成平台艙；所述第一平台艙隔板設定在所述平台艙頂層板和所述平台艙中層板之間，從而將所述平台艙頂層板和所述平台艙中層板之間的空間分隔為多個第一平台艙隔艙；所述第二平台艙隔板設定在所述平台艙底層板和所述平台艙中層板之間，從而將所述平台艙底層板和所述平台艙中層板之間的空間分隔為多個第二平台艙隔艙；所述載荷安裝板連線所述平台艙頂層板的上表面，形成載荷艙。
2.如權利要求1所述的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，其特徵在於，所述中心承力筒採用一體化鋁鑄件，所述中心承力筒的圓錐段設定有觀察窗；所述平台艙頂層板、所述平台艙中層板以及所述平台艙隔板採用鋁合金框架並填充蜂窩夾層補強結構板製成；所述載荷安裝板採用宮格形鏤空的鋁合金板製成。
3.如權利要求1所述的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，其特徵在於，所述平台艙頂層板、所述平台艙中層板和所述平台艙底層板相互平行；所述平台艙底層板、所述平台艙中層板和所述平台艙頂層板均採用多塊扇形板拼接而成；所述平台艙底層板的拼縫與所述平台艙中層板拼縫在周向上彼此錯開；所述平台艙頂層板的拼縫與所述平台艙中層板拼縫在周向上彼此錯開。
4.如權利要求1所述的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，其特徵在於，所述第一平台艙隔板包括上下艙一體化構型隔板和上艙隔板；所述中心承力筒的外表面設定有若干條沿軸向延伸的加強筋；所述上下艙一體化構型隔板和所述上艙隔板的上端連線所述平台艙頂層板，下端連線所述平台艙中層板，側端連線所述加強筋；所述第二平台艙隔板包括下艙隔板；所述下艙隔板的上端連線所述平台艙中層板，下端連線所述平台艙底層板，側端連線所述加強筋。
5.如權利要求1所述的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，其特徵在於，還包括桁架；所述桁架的一端連線所述載荷安裝板，另一端連線所述平台艙頂層板的上表面；所述桁架用於加強所述載荷安裝板的剛性。
6.如權利要求1所述的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，其特徵在於，所述平台艙中層板上預埋有高壓氣瓶安裝法蘭面。
7.如權利要求4所述的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，其特徵在於，所述上下艙一體化構型隔板的下側設定有同步千斤頂球窩。
8.如權利要求1所述的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，其特徵在於，還包括配重掛藍；所述配重掛藍連線所述平台艙底層板的下表面；所述配重掛藍能夠沿所述平台艙底層板的徑向移動；所述配重掛藍的配重能力0至120千克。
9.如權利要求4所述的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，其特徵在於，所述平台艙頂層板和所述平台艙中層板的厚度為40毫米；所述平台艙頂層板和所述平台艙中層板比所述上艙隔板和所述下艙隔板厚度高10毫米。
10.如權利要求1所述的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，其特徵在於，所述平台艙的包絡尺寸為Ф3400毫米×1620毫米。
實施方式
在該實施例中，《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》提供的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置分為平台艙和載荷艙。該發明的結構以剛度設計為主，兼顧靜強度、穩定性要求。如圖2所示，該發明提供的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置分上、中、下三層平板式布局，包括中心承力筒、平台艙頂層板、平台艙中層板、平台艙底層板、第一平台艙隔板、第二平台艙隔板和載荷安裝板；
其中，所述平台艙頂層板設定在所述中心承力筒的頂端；所述平台艙底層板設定在所述中心承力筒的底端；所述平台艙中層板設定在所述平台艙頂層板和所述平台艙底層板之間；所述中心承力筒由下向上依次貫穿所述平台艙底層板、所述平台艙中層板和所述平台艙頂層板形成平台艙；所述第一平台艙隔板設定在所述平台艙頂層板和所述平台艙中層板之間，從而將所述平台艙頂層板和所述平台艙中層板之間的空間分隔為多個第一平台艙隔艙；所述第二平台艙隔板設定在所述平台艙底層板和所述平台艙中層板之間，從而將所述平台艙底層板和所述平台艙中層板之間的空間分隔為多個第二平台艙隔艙；所述載荷安裝板連線所述平台艙頂層板的上表面，形成載荷艙。所述載荷安裝板提供與大型相機及配重塊的安裝接口，利用其空間尺度可有效調整台體模擬的轉動慣量等質量特性。
所述中心承力筒採用一體化鋁鑄件，所述中心承力筒的圓錐段設定有觀察窗；所述平台艙頂層板、所述平台艙中層板以及所述平台艙隔板採用鋁合金框架並填充蜂窩夾層補強結構板製成，減輕儀表平台自身重量，提升靜承載能力。平台艙自重不超過1600千克。所述載荷安裝板採用宮格形鏤空的鋁合金板製成。為了降低儀表平台結構自重且保證結構剛度，平台艙底層板4為局部加強的20毫米厚全鋁實心板，在獲得足夠剛度的同時，預先增加配重，平衡載荷艙的有效載荷重量，並且保護台體與三個千斤頂的碰撞。《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》在在設計過程中對層板的剛度採用了加強設計，平台艙頂層板2外形尺寸Φ3400毫米×40毫米，平台艙中層板3的外形尺寸Φ3000毫米×40毫米，填充蜂窩夾層補強。平台艙頂層板2和平台艙中層板3的上表面和下表面的鋁蒙皮厚度均為δ＝0.5毫米。所述平台艙頂層板和所述平台艙中層板的厚度為40毫米；所述平台艙頂層板和所述平台艙中層板比所述上艙隔板和所述下艙隔板厚度高10毫米。所述平台艙的包絡尺寸為Ф3400毫米×1620毫米。
所述平台艙頂層板、所述平台艙中層板和所述平台艙底層板相互平行；所述平台艙底層板、所述平台艙中層板和所述平台艙頂層板均採用多塊扇形板拼接而成；所述平台艙底層板的拼縫與所述平台艙中層板拼縫在周向上彼此錯開；所述平台艙頂層板的拼縫與所述平台艙中層板拼縫在周向上彼此錯開。在該實施例中，平台艙底層板、平台艙中層板和平台艙頂層板均由三塊120°的扇形板拼接而成；3條等間隔頂板拼縫12、3條等間隔中層板拼縫13以及3條等間隔底層板拼縫14在儀表平台圓周方向上彼此錯開，保證整體剛度的各向同性。
所述第一平台艙隔板包括上下艙一體化構型隔板和上艙隔板；所述中心承力筒的外表面設定有若干條沿軸向延伸的加強筋。該實施例中，所述加強筋的數量為9條。所述上下艙一體化構型隔板和所述上艙隔板的上端連線所述平台艙頂層板，下端連線所述平台艙中層板，側端連線所述加強筋；所述第二平台艙隔板包括下艙隔板；所述下艙隔板的上端連線所述平台艙中層板，下端連線所述平台艙底層板，側端連線所述加強筋。中心承力筒1的設定有三層法蘭，分別與與平台艙頂層板的法蘭、平台艙中層板的法蘭、平台艙底層板的法蘭連線，提高儀表平台結構的整體剛性。
《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》提供的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，還包括桁架；所述桁架的一端連線所述載荷安裝板，另一端連線所述平台艙頂層板的上表面；所述桁架用於加強所述載荷安裝板的剛性。所述平台艙中層板上預埋有可相對於儀表平台中心處（即氣浮球心）斜對稱的高壓氣瓶安裝法蘭面。該發明提供的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置與氣浮球軸承相連，提供有姿態測量設備、調平衡設備、星上參試單機等安裝接口。
所述上下艙一體化構型隔板的下方設定有同步千斤頂球窩。
《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》提供的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置，還包括配重掛藍；所述配重掛藍連線所述平台艙底層板的下表面；所述配重掛藍能夠沿所述平台艙底層板的徑向移動；所述配重掛藍的配重能力0至120千克。
《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》中儀表平台結構在三個方向上具有近等剛性，實現在三個方向上相近的重力彈性變形的質心漂移量，降低重力干擾力矩變化的不利影響，滿足大型三軸氣浮台優於30克·厘米微干擾力矩的全物理仿真環境條件。
《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》提供的三軸氣浮台儀表平台模擬裝置設計具有一定的先進性及靈活的擴展能力。該發明設計已套用於大型三軸氣浮台研製中。
榮譽表彰
2020年7月14日，《三軸氣浮台儀表平台模擬裝置》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
