申请/专利权人：南京航空航天大学

申请日：2018-12-14

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN109649700B

主分类号：B64G7/00

分类号：B64G7/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2019.05.14#实质审查的生效;2019.04.19#公开

摘要：本发明提供了一种辐射开环绳系卫星系统自旋展开实验平台，包括通过连杆连接的绳系卫星系统和地心电机；所述的地心电机包括地心电机定子和地心电机转子，地心电机转子与连杆连接；所述的绳系卫星系统包括自旋电机、母星、子星及子星释放装置，其中自旋电机包括自旋电机定子和自旋电机转子，自旋电机定子与连杆连接，自旋电机转子与母星连接且同心，母星上有滑槽，子星及子星释放装置在母星上对称安装。本发明通过控制电机模拟绳系卫星系统绕地心的圆周运动，绳系卫星系统绕绳系卫星系统质心的自旋运动和子星相对于母星的直线运动，对辐射开环绳系卫星系统自旋展开控制方法进行真实实验验证。

主权项：1.一种辐射开环绳系卫星系统自旋展开实验平台，其特征在于：包括通过连杆（2）连接的绳系卫星系统（3）和地心电机（1）；所述的地心电机（1）包括地心电机定子（9）和地心电机转子（8），地心电机转子（8）与连杆（2）连接；所述的绳系卫星系统（3）包括自旋电机（4）、母星（10）、子星（19）及子星释放装置（5），其中自旋电机（4）包括自旋电机定子（7）和自旋电机转子（6），自旋电机定子（7）与连杆（2）连接，自旋电机转子（6）与母星（10）连接且同心，母星（10）上有滑槽（23），子星释放装置（5）通过滑块在母星（10）上的滑槽（23）内滑动；所述的子星（19）及子星释放装置（5）形成若干组，在母星（10）上对称安装；所述的子星释放装置（5）包括滑块控制电机（12）、细绳（11）、切向遮挡板（21）、滑块（22）、法向控制电机（24）、法向遮挡板（20）、弹簧（18）、弹簧固定装置（17）、系绳（16）、系绳缠绕装置（15），其中，子星（19）夹在两块切向遮挡板（21）之间沿切向遮挡板（21）之间的通道运动，子星（19）一端通过法向遮挡板（20）遮挡，另一端通过弹簧（18）与弹簧固定装置（17）连接；子星（19）通过系绳（16）与系绳缠绕装置（15）连接，系绳（16）穿过弹簧（18）与弹簧固定装置（17）中心；所述的滑块控制电机（12）包括滑块控制电机定子（14）和滑块控制电机转子（13），滑块控制电机转子（13）通过细绳（11）控制滑块（22）滑动；所述的法向控制电机（24）包括法向控制电机定子（26）和法向控制电机转子（25），法向控制电机转子（25）控制法向遮挡板（20）的开启和关闭；所述的子星（19）及子星释放装置（5）有四组，在母星（10）上绕母星（10）的圆心中心对称等距分布。

全文数据：辐射开环绳系卫星系统自旋展开实验平台技术领域本发明涉及绳系卫星领域，具体是一种辐射开环绳系卫星系统自旋展开实验平台。背景技术航天技术的不断发展，提升了人类探索太空、走向深空的能力。对距离地面100千米至200千米的近地空间环境进行探测，飞机、气球、普通卫星不具备完成探测任务的能力，而由母星、系绳、子星组成的绳系卫星系统，能够完成近地空间环境探测任务。另外，绳系卫星系统还应用于航天器电能供应、制造人工重力、空间运输货物等领域。系绳的释放在绳系卫星系统执行任务过程中，是必不可少的。许多学者研究了系绳释放过程中的稳定性与控制等问题，并进行了数值仿真实验，得出一些结论，对绳系卫星系统在工程中的应用具有指导意义。张景瑞等发明的一种辐射开环绳系卫星编队匀速自旋展开控制方法，能够使绳系卫星系统匀速自旋展开成辐射开环构型，并做了数值仿真实验，没有进行真实实验验证。因此，设计一种辐射开环绳系卫星系统自旋展开实验平台，进行真实实验，将所得结果与数值仿真结果对比，相互验证设计控制率的正确性，增加控制率的可信度，使绳系卫星系统更好的完成系绳的释放任务。发明内容本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种辐射开环绳系卫星系统自旋展开实验平台，通过控制电机模拟绳系卫星系统绕地心的圆周运动，绳系卫星系统绕绳系卫星系统质心的自旋运动和子星相对于母星的直线运动，对辐射开环绳系卫星系统自旋展开控制方法进行真实实验验证。本发明包括通过连杆连接的绳系卫星系统和地心电机；所述的地心电机包括地心电机定子和地心电机转子，地心电机转子与连杆连接；所述的绳系卫星系统包括自旋电机、母星、子星及子星释放装置，其中自旋电机包括自旋电机定子和自旋电机转子，自旋电机定子与连杆连接，自旋电机转子与母星连接且同心，母星上有滑槽，子星释放装置通过滑块在母星上的滑槽内滑动；所述的子星及子星释放装置形成若干组，在母星上对称安装。所述的子星释放装置包括滑块控制电机、细绳、切向遮挡板、滑块、法向控制电机、法向遮挡板、弹簧、弹簧固定装置、系绳、系绳缠绕装置，其中，子星夹在两块切向遮挡板之间沿切向遮挡板之间的通道运动，子星一端通过法向遮挡板遮挡，另一端通过弹簧与弹簧固定装置连接；子星通过系绳与系绳缠绕装置连接，系绳穿过弹簧与弹簧固定装置中心；所述的滑块控制电机包括滑块控制电机定子和滑块控制电机转子，滑块控制电机转子通过细绳控制滑块滑动；所述的法向控制电机包括法向控制电机定子和法向控制电机转子，法向控制电机转子控制法向遮挡板的开启和关闭。进一步改进，所述的子星及子星释放装置有四个，在母星上绕母星的圆心中心对称等距分布。本发明的工作方法如下：步骤1：地心电机转子进行旋转，带动连杆和绳系卫星系统做圆周运动。步骤2：自旋电机转子进行旋转，使绳系卫星系统自旋。步骤3：地心电子转子和自旋电机转子达到设计转速时，法向控制电机转子进行旋转，绳系卫星系统自旋展开。本发明有益效果在于：1、本发明能够模拟辐射开环绳系卫星系统自旋展开过程，观察绳系卫星系统的运动轨迹，验证数值仿真实验结果的正确性。2、本发明结构简单、易于加工、方便制造、便于维护。3、本发明不同于一次性弹射机构，可以将子星收回，重复开展多次真实实验。附图说明图1是实验平台正视图。图2是实验平台示意图。图3是子星释放装置俯视图。图4是子星释放装置示意图。图5是子星无初速度展开初始状态俯视图。图6是子星无初速度展开初始状态示意图。图7是子星无初速度展开释放状态示意图。图8是子星无初速度展开释放后状态示意图。图9是子星有初速度展开初始状态示意图。图10是子星有初速度展开释放状态示意图。图11是子星有初速度展开释放后状态示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明包括绳系卫星系统3、地心电机1和连杆2；所述绳系卫星系统3包括自旋电机4、母星10、子星19及子星释放装置5，其中自旋电机4包自旋电机定子7和自旋电机转子6，子星释放装置5包括滑块控制电机12、细绳11、切向遮挡板21、滑块22、法向控制电机24、法向遮挡板20、弹簧18、弹簧固定装置17、系绳16、系绳缠绕装置15，其中滑块控制电机12包括滑块控制电机定子14和滑块控制电机转子13，法向控制电机24包括法向控制电机定子26和法向控制电机转子25；所述地心电机1包括地心电机定子9和地心电机转子8。所述地心电机转子8与连杆2连接，连杆2与自旋电机定子7连接，自旋电机转子8与母星10相连接且同心，母星10上有滑槽23，子星释放装置5通过滑块在母星10上的滑槽23内滑动；所述的子星19及子星释放装置5形成若干组，在母星10上对称安装。本发明提供的辐射开环绳系卫星系统自旋展开实验平台设计方法，包括如下步骤：步骤1：本发明包括绳系卫星系统3、地心电机1和连杆2。步骤2：绳系卫星系统3包括自旋电机4、母星10、子星19及子星释放装置5。步骤3：子星释放装置5包括滑块控制电机12、细绳11、切向遮挡板21、滑块22、法向控制电机24、法向遮挡板20、弹簧18、弹簧固定装置17、系绳缠绕装置15。步骤4：辐射开环绳系卫星系统自旋展开实验平台连接状态如图1、2，子星释放装置5连接状态如图3、4。步骤5：地心电机转子8与连杆2连接，连杆2与自旋电机定子7连接，自旋电机转子8与母星10相连接且同心，子星19及子星释放装置5在母星10上对称安装。步骤6：地心电机转子8进行旋转，带动连杆2和绳系卫星系统3做圆周运动。步骤7：自旋电机转子6进行旋转，使绳系卫星系统3自旋。步骤8：地心电子转子8和自旋电机转子6达到设计转速时，法向控制电机转子25进行旋转，绳系卫星系统3自旋展开。本发明具体实施方式如下：辐射开环绳系卫星系统自旋展开实验平台实施例1步骤1：本发明包括绳系卫星系统3、地心电机1和连杆2，如图1、2。步骤2：绳系卫星系统3包括自旋电机4、母星10、子星19及子星释放装置5。步骤3：子星释放装置5包括滑块控制电机12、细绳11、切向遮挡板21、滑块22、法向控制电机24、法向遮挡板20、弹簧18、弹簧固定装置17、系绳缠绕装置15，如图3、4。步骤4：地心电机转子8与连杆2连接，连杆2与自旋电机定子7连接，自旋电机转子8与母星10相连接且同心，子星19及子星释放装置5在母星10上对称安装，弹簧18无压缩，如图5、6。步骤5：地心电机转子8进行旋转，带动连杆2和绳系卫星系统3做圆周运动。步骤6：自旋电机转子6进行旋转，使绳系卫星系统3自旋。步骤7：地心电子转子8和自旋电机转子6达到设计转速时，法向控制电机转子25进行旋转，如图7。步骤8：子星19由于惯性作用，远离母星10，绳系卫星系统3自旋展开，如图8。辐射开环绳系卫星系统自旋展开实验平台实施例2步骤1：本发明包括绳系卫星系统3、地心电机1和连杆2，如图1、2。步骤2：绳系卫星系统3包括自旋电机4、母星10、子星19及子星释放装置5。步骤3：子星释放装置5包括滑块控制电机12、细绳11、切向遮挡板21、滑块22、法向控制电机24、法向遮挡板20、弹簧18、弹簧固定装置17、系绳缠绕装置15，如图3、4。步骤4：地心电机转子8与连杆2连接，连杆2与自旋电机定子7连接，自旋电机转子8与母星10相连接且同心，子星19及子星释放装置5在母星10上对称安装。步骤5：滑块控制电机转子25旋转，滑块22在滑槽23中运动，使弹簧18处于压缩状态，如图9。步骤6：地心电机转子8进行旋转，带动连杆2和绳系卫星系统3做圆周运动。步骤7：自旋电机转子6进行旋转，使绳系卫星系统3自旋。步骤8：地心电子转子8和自旋电机转子6达到设计转速时，法向控制电机转子25进行旋转，如图10。步骤9：子星19由于惯性作用，将远离母星10，子星19与弹簧18分离时，具有一定的初速度，绳系卫星系统3自旋展开，如图11。本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种辐射开环绳系卫星系统自旋展开实验平台，其特征在于：包括通过连杆（2）连接的绳系卫星系统（3）和地心电机（1）；所述的地心电机（1）包括地心电机定子（9）和地心电机转子（8），地心电机转子（8）与连杆（2）连接；所述的绳系卫星系统（3）包括自旋电机（4）、母星（10）、子星（19）及子星释放装置（5），其中自旋电机（4）包括自旋电机定子（7）和自旋电机转子（6），自旋电机定子（7）与连杆（2）连接，自旋电机转子（6）与母星10）连接且同心，母星（10）上有滑槽（23），子星释放装置（5）通过滑块在母星（10）上的滑槽（23）内滑动；所述的子星（19）及子星释放装置（5）形成若干组，在母星（10）上对称安装。2.根据权利要求1所述的辐射开环绳系卫星系统自旋展开实验平台，其特征在于：所述的子星释放装置（5）包括滑块控制电机（12）、细绳（11）、切向遮挡板（21）、滑块（22）、法向控制电机（24）、法向遮挡板（20）、弹簧（18）、弹簧固定装置（17）、系绳（16）、系绳缠绕装置（15），其中，子星（19）夹在两块切向遮挡板（21）之间沿切向遮挡板（21）之间的通道运动，子星（19）一端通过法向遮挡板（20）遮挡，另一端通过弹簧（18）与弹簧固定装置（17）连接；子星（19）通过系绳（16）与系绳缠绕装置（15）连接，系绳（16）穿过弹簧（18）与弹簧固定装置（17）中心；所述的滑块控制电机（12）包括滑块控制电机定子（14）和滑块控制电机转子（13），滑块控制电机转子（13）通过细绳（11）控制滑块（22）滑动；所述的法向控制电机（24）包括法向控制电机定子（26）和法向控制电机转子（25），法向控制电机转子（25）控制法向遮挡板（20）的开启和关闭。3.根据权利要求1所述的辐射开环绳系卫星系统自旋展开实验平台，其特征在于：所述的子星（19）及子星释放装置（5）有四组，在母星（10）上绕母星（10）的圆心中心对称等距分布。

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