CN103674591B - 低温真空环境中的卫星动态角度调整机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于低温真空环境中的卫星动态角度调整机构，包括卫星对接方框和位于所述对接方框下的十字梁，十字梁下方是用于支撑的支架车；对接方框通过位于方框两端的转轴和螺旋升降机与十字梁相连接，螺旋升降机的丝杠的升降运动驱动对接方框沿轴线转动，十字梁通过位于短臂上的转轴及位于转轴一侧的螺旋升级机与支架车相连接，对接方框的俯仰角度通过螺旋升降机推动十字梁的长臂实现。本发明实现了卫星两个方向的角度调节，并排除两个方向运动时的相互干扰，同时针对真空低温的使用环境进行适应性设计，使其满足在真空低温下使用的需求。

Description

低温真空环境中的卫星动态角度调整机构

技术领域

本发明属于低温真空环境的热试验技术领域，具体来说，本发明涉及一种卫星真空热试验专用工装，特别涉及一种专用于低温真空环境中的卫星动态倾度调整机构。

背景技术

专用于低温真空环境中的卫星动态倾度调整机构，是卫星真空热试验专用工装。其安装在中小型空间环境模拟器中，在卫星真空热试验过程中的低温真空环境下工作，用于动态调整卫星滚动和俯仰的角度。深空探测系列卫星，尤其是以着陆行走为目的的航天器，在着陆后，航天器在星球表面会经历静止、行走、爬坡等多种工况，每种工况下，航天器自身的热控回路受重力的影响不同。在地面热试验过程中，需要对航天器在多种工况下的热控回路的工作环境进行模拟。

在地面热试验过程，通过使卫星滚动或俯仰一定的角度，使热管处在一定角度下工作，来模拟卫星热控回路受星球重力的影响，地面热试验过程中，需要根据不同的工况调整卫星的滚动或者俯仰的倾斜角，因此需要一套能够在卫星热试验过程中，真空低温环境下在线调整卫星滚动和俯仰角度的调节机构。

现有的卫星热试验工装以静态支撑为主，保证卫星在热试验过程中的稳定性，不能满足在线实时调整卫星滚动和俯仰角度的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于低温真空环境中的卫星动态水平度调整机构，实现在卫星试验中对卫星倾斜角度实时调节。

本发明的目的可由以下技术方案完成：

一种用于低温真空环境中的卫星动态倾角调节机构，包括对接方框、螺旋升降机一、十字梁、螺旋升降机二和支架车，对接方框中心通过设置轴安装在十字梁上的轴承座上，轴承座安装在十字梁长臂的两端，螺旋升降机一安装在十字梁短臂上，位于对接方框轴线的一侧，螺旋升降机一的上端采用圆柱插销轴固定在对接方框下方的滑槽内，十字梁与支架车连接方式与对接方框和十字梁相同，所述十字梁为整个梁呈“十”字形，通过在十字梁的短臂两端设置轴，长臂上两端设置轴承座，与对接方框两端的轴装配，十字梁的短臂两端的轴与支架车上的轴承座配合，在十字梁长臂的一端下方固定有滑槽，滑槽与安装于支架车上螺旋升降机二连接，通过螺旋升降机丝杠的伸缩运动，实现十字梁和对接方框的角度调整。

其中，所述对接方框是以不锈钢型材焊接而成的矩形框架，框架上端面设计有与卫星对接的开孔，在框架的两端设置有轴，在同一轴线上，此轴线与十字梁长臂轴线平行。在位于对接一侧边缘的下方固定有滑槽，螺旋升级机一顶部的圆柱销可在滑槽内做一定距离的滑动。

所述十字梁为整体呈“十”字形设计的梁组件，分为长臂和短臂，在短臂的两端设置有轴，通过轴套与支架车连接；长臂的两端设置有轴承座，通过轴套与对接方框的两端的轴连接，对对接方框的转动起支撑作用。在十字梁一侧的短臂上，设置有螺旋升降机二的安装孔，孔位与对接方框底部的滑槽对应。

所述螺旋升降机是有步进电机驱动的螺旋升降机构，通过电机带动蜗杆转动，经过螺旋升降机转化为丝杠的升降运动，在丝杠的顶端为一个插销式的接头，使用圆柱式插销固定在滑槽内。螺旋升降机一底座与支撑结构使用螺栓连接。

所述支架车，是由不锈钢型材焊接而成，在支架车的两侧安装有轴承座，轴承座与十字梁的短臂端轴配合；在十字梁长臂滑槽下对应的支架车上设置有螺旋升降机一的安装孔，使用圆柱销将升级机顶部的插销式接头固定在十字梁长臂下方的滑槽中。支架车底部设置有4个车轮，能够沿容器内的导轨滚动，实现这个翻转工装的进出容器。

其中，所述对接方框与卫星连接处设计有隔热块；

其中，所述升降机和电机外侧均贴有加热片和测温热点偶，在卫星热试验过程中采用温控措施。

其中，整个支架在热试验过程中均包覆多层隔热组件，减小热试验支架本身对卫星的热影响。

本发明的有益效果在于：

a.通过采用一个十字梁的框架，将卫星正交两个方向的角度调节分离，以十字梁的一个臂为轴，采用螺旋升降机驱动另一个臂上下运动，使十字梁及上面框架沿轴转动，实现该方向的角度调整而不影响另一个方向。使用同样的方法可以调整另一个方向的角度，也可以同时调整两个方向的角度。十字梁的设计解决了卫星一次试验过程中不同工况下的两个方向的角度调整的需求。

b.通过采用滑槽式连接方式，在满足转角要求的情况下，结构更简单，减少转动副设计，减小机构因低温环境下变形造成机构卡死的可能性。

c.采用螺旋升降机驱动十字梁转动，螺旋升降机本身具有运行稳定、具有自锁能力，能够降低卫星转动时的冲击，能够保证卫星转过一定角度后始终保持该角度不变。通过增大螺旋升降机的行程，可以实现卫星大角度的转动。步进电机运动精确，方便对角度准确控制。

d.采用温控措施，防止驱动机构低温变形导致卡死。在电机和升降机外表面粘贴加热片和测温热电偶，外侧包覆多层隔热组件，试验过程中对机构进行温控，保证电机和升降机工作在额定温度下。

e.在运动副中采用异种材料零件装配，防止同种材料在真空低温环境下产生冷焊。

与现有技术相比，本发明的用于低温真空环境中的卫星动态倾角调节机构，成功解决了低温、真空环境对机构运动的影响；解决了运动精度与运动机构自锁和准确定位要求间的问题；解决了机构对卫星试验环境可能产生的电磁、热及化学污染的问题，全面达到了卫星环境试验的使用要求。

附图说明

图1A为四点支撑调角度方式的上层示意图，其中对接框点绕B-D轴转动调整。

图1B为四点支撑调角度方式的下层示意图，其中B、D两支撑点绕A-C轴转动调整。

图2为本发明的低温真空环境中卫星倾角调节机构的主视图。

图3为本发明的低温真空环境中的卫星倾角调节机构的侧视图。

图4为本发明的低温真空环境中的卫星倾角调节机构中的轴端安装图。

图5为本发明的低温真空环境中的卫星倾角调节机构中的滑槽安装图。

其中，1为支架车；2为螺旋升降机一；3为十字梁；4为对接方框；5为螺旋升降机二；6为轴套；7为螺旋升降机插销式接头；8为插销；9为滑槽；10为紧固螺栓；11为螺母；12为开口销；13为测温热电偶；14为温控加热片。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示0例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

参照图1A和图1B，图1A中是上层对接方框的角度调整示意图，以对接放框4的中轴线O1为中心，O1轴与十字梁的长臂平行，螺旋升降机位于十字梁的短臂上。当螺旋升降机高度由e1向e2变化时，对接方框4沿轴o1转过一个角度△1；图1B为以十字梁3的短轴为支点，当螺旋升降机一2的高度由e1向e2变化时，对接方框4及十字梁3的长臂沿轴o2转过一个角度△2，实现卫星在另一个方向的上的角度调整。其中轴o1与轴o2相互垂直，卫星沿两个轴转动过程中互不干涉，解决了两个方向调整角度时角度干涉问题。

参照图3和图4，真空低温环境下卫星的倾角调节结构主要包括对接方框4、螺旋升降机一2和螺旋升降机二5、十字梁3、支架车1，对接方框4有不锈钢型材焊接而成，对接方框上根据需要设计有与卫星对接的结构，在对接方框的两端的中心设计有伸出轴，伸出轴通过轴套6与安装在十字梁3上的轴承座配合，轴承座采用不锈钢材料，轴套采用H62材料，轴套与轴承座间隙保证在0.5mm左右，防止因材料低温下冷缩变形导致“卡死”现象，在对接方框一侧下方设计有滑槽9，滑槽9使用螺栓10及螺母11与对接方框固定，螺旋升降机二5安装在十字梁3短臂上，当螺旋升降机二5工作时，对接方框在升降机的牵引下沿轴转动，升降机顶部的插销8可以在滑槽9内滑动，满足升降机插销8因角度变化产生的位移需求。插销8使用开口销12固定在螺旋升降顶部的插销式接头7上。

参照图2和图3，在十字梁3的短臂两端设计为伸出轴，轴通过轴套6与支架车1上的轴承座装配，轴套材料为H62，轴套与轴承座的间隙为0.5mm，防止出现低温变形导致的卡死现象，异种材料避免了真空冷焊现象的出现。十字梁3长臂下方设计有滑槽，滑槽使用螺栓固定，螺旋升降机一2固定在支架车1上，螺旋升降机一2顶部插销8与滑槽9连接方式同上。

螺旋升降机一2和螺旋升降机二5采用步进电机驱动，螺旋升降机一的丝杠具有自锁能力，能够保证卫星转过并保持在一定角度。螺旋升降机一2和螺旋升降机二5和步进电机都使用一种能够在真空环境下具有极低的挥发性的润滑油脂替代普通的润滑油脂，同时，在螺旋升降机和电机的表面通过贴加热片14和测温热电偶13，外层再包覆多层隔热组件的方式进行控温，保证螺旋升降机及电机能够在真空低温环境下正常工作。

整个支架在热试验过程中，在非活动部件表面都缠绕加热带，外层包覆多层隔热组件，在试验过程中，通过控温使试验支架整体保持在常温状态下，减小试验支架因温度变化产生的变形，保证支架能够正常的运动。

本发明采用了全新的技术方案，成功实现了卫星在真空热试验过程中二维角度可调，采用了简单可靠的结构形式，在满足真空低温环境下需求的同时，降低了后期维护的复杂程度。

本方案为针对CE-3巡视器设计，两个方向最大调整角度为±5°，工作环境为真空度为1×10^-4Pa，温度为100K，在初样热试验过程中，多次调整巡视器滚动和俯仰的角度，之后经过相当长一段存放期后，经过简单维护，又应用于巡视器正样热试验过程中，实现了巡视器多次角度的调整。本机构为国内首次研制的专用于真空低温环境下的卫星实时倾角调节机构。并具有较高的可靠性。随着对深空探测的发展，需要在真空热试验过程中调整角度的卫星越来越多，将本技术移植到新的热试验工装中，其应用前景广阔。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (9)

1.一种用于低温真空环境中的卫星动态倾角调节机构，包括对接方框、螺旋升降机一、十字梁、螺旋升降机二和支架车，对接方框中心通过设置轴安装在十字梁上的轴承座上，轴承座安装在十字梁长臂的两端，螺旋升降机一安装在十字梁短臂上，位于对接方框轴线的一侧，螺旋升降机一的上端采用圆柱插销轴固定在对接方框下方的滑槽内，十字梁与支架车连接方式与对接方框和十字梁相同，所述十字梁为整个梁呈“十”字形，通过在十字梁的短臂两端设置轴，长臂上两端设置轴承座，与对接方框两端的轴装配，十字梁的短臂两端的轴与支架车上的轴承座配合，在十字梁长臂的一端下方固定有滑槽，滑槽与安装于支架车上螺旋升降机二连接，通过螺旋升降机一丝杠的伸缩运动，实现十字梁和对接方框的角度调整；在十字梁的短臂上，设置有螺旋升降机一的安装孔，孔位与对接方框底部的滑槽对应。

2.如权利要求1所述的卫星动态倾角调节机构，其中，所述对接方框是以不锈钢型材焊接而成的矩形框架，框架上端面设置有与卫星对接的开孔，在框架的两端设置有轴，轴线与十字梁长臂轴线平行。

3.如权利要求2所述的卫星动态倾角调节机构，其中，在位于对接方框一侧边缘的下方固定有滑槽，螺旋升降机一顶部的圆柱销在滑槽内做一定距离的滑动。

4.如权利要求2所述的卫星动态倾角调节机构，其中，所述十字梁为整体呈“十”字形设计的梁组件，分为长臂和短臂，在短臂的两端设置有轴，通过轴套与支架车连接；长臂的两端设置有轴承座，通过轴套与对接方框的两端的轴连接，对对接方框的转动起支撑作用。

5.如权利要求4所述的卫星动态倾角调节机构，其中，所述螺旋升降机一是由步进电机驱动的螺旋升降机构，通过电机带动蜗杆转动，经过螺旋升降机转化为丝杠的升降运动，在丝杠的顶端为一个插销式的接头，使用圆柱式插销固定在滑槽内，螺旋升降机一与支撑结构使用螺栓连接。

6.如权利要求4所述的卫星动态倾角调节机构，其中，所述支架车由不锈钢型材焊接而成，在支架车的两侧安装有轴承座，轴承座与十字梁的短臂端轴配合；在十字梁长臂滑槽下对应的支架车上设置有螺旋升降机一的安装孔，使用圆柱销将螺旋升降机顶部的插销式接头固定在十字梁长臂下方的滑槽中。

7.如权利要求4所述的卫星动态倾角调节机构，其中，支架车底部设置有4个车轮，所述对接方框与卫星连接处设置有隔热块。

8.如权利要求4所述的卫星动态倾角调节机构，其中，所述螺旋升降机一和电机外侧均贴有加热片和测温热点偶，在卫星热试验过程中采用温控措施。

9.如权利要求4所述的卫星动态倾角调节机构，其中，整个支架在热试验过程中均包覆多层隔热组件。