本發(fā)明涉及航天技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代航天器隨著功能的不斷增加，復(fù)雜程度不斷提高，如大型太陽(yáng)能帆板等撓性附件也不斷增多。由于撓性附件采用低剛度的輕質(zhì)材料制造，因此航天器在軌飛行的時(shí)候很容易受到各種推進(jìn)力的作用而產(chǎn)生大幅度振動(dòng)，撓性附件的振動(dòng)與航天器本體的的運(yùn)動(dòng)相互耦合會(huì)對(duì)航天器的姿態(tài)穩(wěn)定及定向精度產(chǎn)生影響，甚至損壞儀器使航天器失效。因此，設(shè)計(jì)太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器在地面進(jìn)行物理仿真實(shí)驗(yàn)，來(lái)研究撓性附件對(duì)航天器本體結(jié)構(gòu)的影響具有重要意義。

太陽(yáng)翼具有質(zhì)量輕、高撓性的特點(diǎn)，易受到外部干擾產(chǎn)生彈性振動(dòng)，根據(jù)這一特點(diǎn)，目前地面仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的模擬器主要分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。其中，主動(dòng)式通過(guò)添加激振部件來(lái)模擬太陽(yáng)翼受到干擾后所產(chǎn)生的彈性振動(dòng)，并通過(guò)電控系統(tǒng)控制所需產(chǎn)生的振動(dòng)形式；被動(dòng)式不借助外部激振，而通過(guò)調(diào)整模擬器的結(jié)構(gòu)來(lái)模擬太陽(yáng)翼的模態(tài)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?，F(xiàn)有的太陽(yáng)翼模擬器具有如下不足：

(1)主動(dòng)式模擬器通過(guò)激振部件產(chǎn)生所需振動(dòng)形式，而振動(dòng)改變時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量幾乎不變，因此無(wú)法模擬航天器太陽(yáng)翼不同模態(tài)對(duì)應(yīng)不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的特點(diǎn)，模擬可靠性較低。

(2)航天器太陽(yáng)翼剛度較低，模態(tài)階數(shù)高且低頻密集，現(xiàn)有的模擬器一般幾何尺寸較小，模態(tài)頻率較高，難以實(shí)現(xiàn)頻率的準(zhǔn)確模擬。另外，太空環(huán)境無(wú)外阻，太陽(yáng)翼各階模態(tài)振幅較大，現(xiàn)有的模擬器振動(dòng)隨模態(tài)階數(shù)迅速減弱，無(wú)法實(shí)現(xiàn)各階模態(tài)振幅的真實(shí)模擬。

(3)實(shí)際測(cè)試中，往往不需關(guān)注太陽(yáng)翼的大多數(shù)模態(tài)，只需對(duì)系統(tǒng)影響較大的模態(tài)進(jìn)行模擬即可，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法提供上述選擇性的模態(tài)模擬。

(4)實(shí)際應(yīng)用中常常需要對(duì)扭轉(zhuǎn)、彎曲等模態(tài)參數(shù)分別進(jìn)行設(shè)置，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

因此，現(xiàn)有技術(shù)的上述瓶頸使得一種更為高效、模擬精度更高、可以解決上述問(wèn)題的太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器成為亟需。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器，采用軸系、橫梁、配重塊、彈性結(jié)構(gòu)及力矩傳感器進(jìn)行被動(dòng)式模擬，能夠真實(shí)呈現(xiàn)航天器太陽(yáng)翼不同模態(tài)對(duì)應(yīng)不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的特點(diǎn)，具有較高的模擬可靠性；以不同模擬部件的一階模態(tài)模擬太陽(yáng)翼對(duì)航天器姿態(tài)穩(wěn)定影響較大的一、六、十二階模態(tài)，準(zhǔn)確體現(xiàn)太陽(yáng)翼各階模態(tài)頻率較低、振幅較強(qiáng)的特點(diǎn)；并通過(guò)設(shè)置各類(lèi)調(diào)節(jié)部件實(shí)現(xiàn)了彎曲模態(tài)與扭轉(zhuǎn)模態(tài)的獨(dú)立調(diào)整，大大提高了模擬精度，在工程應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明提供一種太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器，包括基座、第一模擬部件、第二模擬部件、第三模擬部件及力矩傳感器；其中，第一模擬部件、第二模擬部件、第三模擬部件依次連接，并通過(guò)與第一模擬部件連接的基座安裝于氣浮平臺(tái)；

第一模擬部件包括第一橫梁、第一轉(zhuǎn)軸、第一彈簧組件及下部配重塊；下部配重塊對(duì)稱(chēng)安裝于第一橫梁兩側(cè)，用于調(diào)節(jié)第一模擬部件繞第一轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量作為太陽(yáng)翼第一階模態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的模擬值，并初步調(diào)節(jié)第一模擬部件的第一階模態(tài)頻率；第一彈簧組件安裝在第一轉(zhuǎn)軸，用于精調(diào)第一模擬部件的第一階模態(tài)頻率，作為太陽(yáng)翼第一階模態(tài)頻率的模擬值；

第二模擬部件包括第二橫梁、第二轉(zhuǎn)軸、第二彈簧組件及中部配重塊；中部配重塊對(duì)稱(chēng)安裝于第二橫梁兩側(cè)，用于調(diào)節(jié)第二模擬部件繞第二轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量作為太陽(yáng)翼第六階模態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的模擬值，并初步調(diào)節(jié)第二模擬部件的第一階模態(tài)頻率；第二彈簧組件安裝在第二轉(zhuǎn)軸，用于精調(diào)第二模擬部件的第一階模態(tài)頻率，作為太陽(yáng)翼第六階模態(tài)頻率的模擬值；

第三模擬部件包括第三橫梁、第三轉(zhuǎn)軸、第三彈簧組件及上部配重塊；上部配重塊對(duì)稱(chēng)安裝在第三橫梁兩側(cè)，用于調(diào)節(jié)第三模擬部件繞第三轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量作為太陽(yáng)翼第十二階模態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的模擬值，并初步調(diào)節(jié)第三模擬部件的第一階模態(tài)頻率；第三彈簧組件安裝在第三轉(zhuǎn)軸，用于精調(diào)第三模擬部件的第一階模態(tài)頻率，作為太陽(yáng)翼第十二階模態(tài)頻率的模擬值；

力矩傳感器設(shè)置于第一轉(zhuǎn)軸近于氣浮平臺(tái)處，用于測(cè)量太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器向氣浮平臺(tái)輸出的力矩。

優(yōu)選地，第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸及第三轉(zhuǎn)軸共線(xiàn)，且與氣浮平臺(tái)垂直。

優(yōu)選地，第一橫梁、第二橫梁、第三橫梁的長(zhǎng)度依次減小。

優(yōu)選地，所述模擬器還包括：

第一緊固部，安裝于第一橫梁與第一轉(zhuǎn)軸連接處，用于調(diào)節(jié)第一模擬部件的第二階模態(tài)頻率；

第二緊固部，安裝于第二橫梁與第二轉(zhuǎn)軸連接處，用于調(diào)節(jié)第二模擬部件的第二階模態(tài)頻率；

第三緊固部，安裝于第三橫梁與第三轉(zhuǎn)軸連接處，用于調(diào)節(jié)第三模擬部件的第二階模態(tài)頻率。

優(yōu)選地，調(diào)節(jié)完成后，第一模擬部件的第二階模態(tài)頻率大于第二模擬部件及第三模擬部件的第一階模態(tài)頻率，第二模擬部件的第二階模態(tài)頻率大于第三模擬部件的第一階模態(tài)頻率。

優(yōu)選地，第一彈簧組件、第二彈簧組件、第三彈簧組件中任一均包括：設(shè)置有8個(gè)夾持孔與2個(gè)U形槽的組件主體、8根彈簧；其中，組件主體為直四棱柱，其相對(duì)的兩個(gè)表面各設(shè)置4根彈簧；彈簧一端固定于夾持孔，另一端可動(dòng)地連接于U形槽。

優(yōu)選地，第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸、第三轉(zhuǎn)軸均采用角接觸球軸承。

優(yōu)選地，所述模擬器還包括：

設(shè)置于第一橫梁側(cè)面中部的第一彎曲模態(tài)調(diào)節(jié)部，其與第一橫梁兩端彈性連接，用于調(diào)節(jié)第一模擬部件的第三階模態(tài)頻率；

設(shè)置于第二橫梁側(cè)面中部的第二彎曲模態(tài)調(diào)節(jié)部，其與第二橫梁兩端彈性連接，用于調(diào)節(jié)第二模擬部件的第三階模態(tài)頻率；

設(shè)置于第三橫梁側(cè)面中部的第三彎曲模態(tài)調(diào)節(jié)部，其與第三橫梁兩端彈性連接，用于調(diào)節(jié)第三模擬部件的第三階模態(tài)頻率。

優(yōu)選地，所述模擬器還包括：

設(shè)置于第一橫梁上表面中部的第一彎曲模態(tài)調(diào)整部，其與第一橫梁兩端彈性連接，用于調(diào)節(jié)第一模擬部件的第四階模態(tài)頻率；

設(shè)置于第二橫梁上表面中部的第二彎曲模態(tài)調(diào)整部，其與第二橫梁兩端彈性連接，用于調(diào)節(jié)第二模擬部件的第四階模態(tài)頻率；

設(shè)置于第三橫梁上表面中部的第三彎曲模態(tài)調(diào)整部，其與第三橫梁兩端彈性連接，用于調(diào)節(jié)第三模擬部件的第四階模態(tài)頻率。

優(yōu)選地，第一模擬部件、第二模擬部件及第三模擬部件的第一階模態(tài)振型為繞Y方向扭轉(zhuǎn)，第二階模態(tài)振型為繞Z方向扭轉(zhuǎn)，第三階模態(tài)振型為繞Y方向彎曲，第四階模態(tài)振型為繞Z方向彎曲；

其中，Y方向?yàn)榈谝晦D(zhuǎn)軸所在方向，Z方向?yàn)榇怪庇诘谝晦D(zhuǎn)軸與第一橫梁的方向。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器，能夠?qū)崿F(xiàn)航天器太陽(yáng)翼的精確模擬，并對(duì)受到關(guān)注的幾個(gè)模態(tài)進(jìn)行針對(duì)性仿真。本發(fā)明在頻率、振幅等方面均與處于工作狀態(tài)的太陽(yáng)翼逼近，且可獨(dú)立調(diào)節(jié)扭轉(zhuǎn)模態(tài)與彎曲模態(tài)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的配重塊安裝示意圖；

圖3是本發(fā)明的彈簧組件安裝示意圖；

圖4是本發(fā)明的彈簧組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的第一模擬部件第一階模態(tài)振型示意圖；

圖6是本發(fā)明的第一模擬部件第二階模態(tài)振型示意圖；

圖7是本發(fā)明的第一模擬部件第三階模態(tài)振型示意圖；

圖8是本發(fā)明的第一模擬部件第四階模態(tài)振型示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。然而，需要說(shuō)明的是，說(shuō)明書(shū)中列出的許多細(xì)節(jié)僅僅是為了使讀者對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面有一個(gè)透徹的理解，即便沒(méi)有這些特定的細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。

本發(fā)明的發(fā)明人考慮到，航天器在軌飛行的時(shí)候很容易受到各種推進(jìn)力的作用而產(chǎn)生大幅度振動(dòng)，撓性附件的振動(dòng)與航天器本體的的運(yùn)動(dòng)相互耦合會(huì)對(duì)航天器的姿態(tài)穩(wěn)定及定向精度產(chǎn)生影響，甚至損壞儀器使航天器失效。因此，需要設(shè)計(jì)太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器在地面進(jìn)行物理仿真實(shí)驗(yàn)，來(lái)研究撓性附件對(duì)航天器本體結(jié)構(gòu)的影響。

目前地面仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的模擬器主要分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。其中，主動(dòng)式通過(guò)添加激振部件來(lái)模擬太陽(yáng)翼受到干擾后所產(chǎn)生的彈性振動(dòng)，并通過(guò)電控系統(tǒng)控制所需產(chǎn)生的振動(dòng)形式。現(xiàn)有的主動(dòng)式模擬器包括以下方法：

(1)通過(guò)投入推力可控的電動(dòng)激振器，使撓性模擬器產(chǎn)生高頻振動(dòng)，并通過(guò)加速度計(jì)和應(yīng)變計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和處理。

(2)在試驗(yàn)臺(tái)上安裝噴氣裝置，其噴嘴噴氣產(chǎn)生反作用力，驅(qū)動(dòng)衛(wèi)星產(chǎn)生角運(yùn)動(dòng)，從而使撓性板產(chǎn)生振動(dòng)，通過(guò)測(cè)振裝置實(shí)時(shí)測(cè)得撓性板的振型，進(jìn)行撓性動(dòng)力學(xué)仿真。

被動(dòng)式不借助外部激振，而通過(guò)調(diào)整模擬器的結(jié)構(gòu)來(lái)模擬太陽(yáng)翼的模態(tài)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

現(xiàn)有的太陽(yáng)翼模擬器具有如下不足：

(1)主動(dòng)式模擬器通過(guò)激振部件產(chǎn)生所需振動(dòng)形式，而振動(dòng)改變時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量幾乎不變，因此無(wú)法模擬航天器太陽(yáng)翼不同模態(tài)對(duì)應(yīng)不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的特點(diǎn)，模擬可靠性較低。

(2)航天器太陽(yáng)翼剛度較低，模態(tài)階數(shù)高且低頻密集，現(xiàn)有的模擬器一般幾何尺寸較小，模態(tài)頻率較高，難以實(shí)現(xiàn)頻率的準(zhǔn)確模擬。另外，太空環(huán)境無(wú)外阻，太陽(yáng)翼各階模態(tài)振幅較大，現(xiàn)有的模擬器振動(dòng)隨模態(tài)階數(shù)迅速減弱，無(wú)法實(shí)現(xiàn)各階模態(tài)振幅的真實(shí)模擬。

(3)實(shí)際測(cè)試中，往往不需關(guān)注太陽(yáng)翼的大多數(shù)模態(tài)，只需對(duì)系統(tǒng)影響較大的模態(tài)進(jìn)行模擬即可。譬如，近年來(lái)對(duì)太陽(yáng)翼振動(dòng)的研究表明，太陽(yáng)翼的1、6、12階模態(tài)易于與航天器本體耦合，進(jìn)而影響航天器姿態(tài)穩(wěn)定與定位精度，且不易通過(guò)主動(dòng)振動(dòng)控制、被動(dòng)振動(dòng)控制方法減振，所以有必要選取上述模態(tài)進(jìn)行針對(duì)性模擬，但是現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法提供上述選擇性的模擬。

(4)實(shí)際應(yīng)用中常常需要對(duì)扭轉(zhuǎn)、彎曲等模態(tài)參數(shù)分別進(jìn)行設(shè)置，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的發(fā)明人采用多個(gè)由橫梁、轉(zhuǎn)軸、彈簧部件、配重塊組成的模擬部件分別模擬太陽(yáng)翼的各模態(tài)，以各部件的低階模態(tài)模擬太陽(yáng)翼的高階模態(tài)，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)翼頻率與振幅的真實(shí)再現(xiàn)。且可通過(guò)不同的調(diào)節(jié)裝置對(duì)扭轉(zhuǎn)、彎曲模態(tài)進(jìn)行自如調(diào)節(jié)，大大提高模擬器參數(shù)的調(diào)節(jié)精度。同時(shí)，本發(fā)明的太陽(yáng)翼模擬器能夠真實(shí)模擬太陽(yáng)翼不同模態(tài)對(duì)應(yīng)不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的特點(diǎn)。

可以理解，本發(fā)明所使用的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等在本文中用于描述各種元件，但這些元件不受上述術(shù)語(yǔ)限制。上述術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)元件與另一個(gè)元件區(qū)分。舉例而言，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以將第一模擬部件稱(chēng)為第二模擬部件，也可以將第二模擬部件稱(chēng)為第一模擬部件，第一模擬部件與第二模擬部件都是模擬部件，但二者不是同一模擬部件。

另外，指代方位的名詞根據(jù)慣例依據(jù)處于工作狀態(tài)時(shí)所在的方位。譬如，上、中、下部配重塊是以工作中所處的相對(duì)位置來(lái)描述，橫梁側(cè)面、上表面也是針對(duì)工作時(shí)的橫梁而言。特別的，本文中的Y為轉(zhuǎn)軸所在方向，X為橫梁所在方向，Z為垂直于轉(zhuǎn)軸與橫梁的方向，三者組成了本文的三維直角坐標(biāo)系。

圖1示出了本發(fā)明的太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖1，太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器包括基座4、第一模擬部件1、第二模擬部件2、第三模擬部件3及力矩傳感器(圖中未示出)。

具體而言，第一模擬部件1、第二模擬部件2、第三模擬部件3由下到上依次疊加，每一個(gè)均可獨(dú)立繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。第一模擬部件1處于最下方與基座4連接。一般地，基座4采用重量較輕的鑄鋁。太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器通過(guò)基座4安裝于單軸氣浮平臺(tái)，安裝方式可以是常見(jiàn)的螺栓連接。

上述三個(gè)模擬部件結(jié)構(gòu)類(lèi)似。第一模擬部件1包括第一橫梁11、第一轉(zhuǎn)軸、第一彈簧組件及下部配重塊12。第一橫梁11中部設(shè)置第一轉(zhuǎn)軸，下部配重塊12對(duì)稱(chēng)安裝于第一橫梁11兩側(cè)，第一彈簧組件安裝在第一轉(zhuǎn)軸。彈簧組件的安裝如圖3所示(三個(gè)彈簧組件的安裝方式相似)。下部配重塊12為金屬薄片，中間用螺栓定位，四周用螺栓固定，其安裝方式如圖2所示，上部配重塊、中部配重塊與下部配重塊的材料及安裝方式類(lèi)似。

通過(guò)改變下部配重塊12的數(shù)量可以調(diào)節(jié)第一模擬部件1繞第一轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、及初步調(diào)節(jié)第一模擬部件1的第一階模態(tài)頻率。第一彈簧組件用于精調(diào)第一模擬部件1的第一階模態(tài)頻率。上述第一模擬部件1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、第一階模態(tài)頻率分別用于模擬太陽(yáng)翼第一階模態(tài)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與頻率。

第二模擬部件2包括第二橫梁21、第二轉(zhuǎn)軸、第二彈簧組件及中部配重塊22。第二橫梁21中部設(shè)置第二轉(zhuǎn)軸，中部配重塊22對(duì)稱(chēng)安裝于第二橫梁21兩側(cè)，第二彈簧組件安裝在第二轉(zhuǎn)軸。中部配重塊22用于調(diào)節(jié)第二模擬部件2繞第二轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并初步調(diào)節(jié)第二模擬部件2的第一階模態(tài)頻率。第二彈簧組件用于精調(diào)第二模擬部件2的第一階模態(tài)頻率。上述第二模擬部件2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、第一階模態(tài)頻率分別用于模擬太陽(yáng)翼第六階模態(tài)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與頻率。

第三模擬部件3包括第三橫梁31、第三轉(zhuǎn)軸、第三彈簧組件及上部配重塊32。第三橫梁31中部設(shè)置第三轉(zhuǎn)軸，上部配重塊32對(duì)稱(chēng)安裝于第三橫梁31兩側(cè)，第三彈簧組件安裝在第三轉(zhuǎn)軸。上部配重塊32用于調(diào)節(jié)第三模擬部件3繞第三轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并初步調(diào)節(jié)第三模擬部件3的第一階模態(tài)頻率。第三彈簧組件用于精調(diào)第三模擬部件3的第一階模態(tài)頻率。上述第三模擬部件3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、第一階模態(tài)頻率分別用于模擬太陽(yáng)翼第十二階模態(tài)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與頻率。

軸系提供對(duì)上部結(jié)構(gòu)的支撐，考慮到承載能力和摩擦系數(shù)的要求，第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸、第三轉(zhuǎn)軸均采用角接觸球軸承。進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例中的軸承為型號(hào)是7208B的角接觸球軸承，內(nèi)徑d＝40mm、外徑D＝80mm、寬度B＝18mm，其額定動(dòng)載荷為32500N，額定靜載荷為23500N。第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸及第三轉(zhuǎn)軸共線(xiàn)，且與氣浮平臺(tái)垂直。

較佳地，第一彈簧組件、第二彈簧組件、第三彈簧組件的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，其中任一均包括組件主體與8根彈簧。彈簧組件結(jié)構(gòu)如圖4所示，參見(jiàn)圖4，組件主體為直四棱柱，設(shè)置有8個(gè)夾持孔與2個(gè)U形槽，相對(duì)的兩個(gè)表面各設(shè)置4根彈簧。彈簧一端固定于夾持孔，另一端可動(dòng)地連接于U形槽。圖中所示的夾持方式能夠保證彈簧安裝位置準(zhǔn)確且便于調(diào)整。工作時(shí)，通過(guò)U形槽改變彈簧長(zhǎng)度從而實(shí)現(xiàn)模態(tài)頻率的精調(diào)。

力矩傳感器設(shè)置于第一轉(zhuǎn)軸近于氣浮平臺(tái)處，一般距氣浮平臺(tái)不超過(guò)100mm，用于測(cè)量太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器向氣浮平臺(tái)輸出的力矩。

使用時(shí)，首先調(diào)整配重塊滿(mǎn)足轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)模擬部件第一階頻率的初步調(diào)節(jié)，之后通過(guò)彈簧組件實(shí)現(xiàn)第一階頻率的精調(diào)。

通過(guò)上述設(shè)置，本發(fā)明的太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器實(shí)現(xiàn)了以下技術(shù)效果：

(1)采用被動(dòng)式模擬體現(xiàn)了太陽(yáng)翼不同模態(tài)對(duì)應(yīng)不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的特點(diǎn)。

(2)采用三個(gè)獨(dú)立的模擬部件實(shí)現(xiàn)了針對(duì)影響航天器姿態(tài)較為嚴(yán)重的1、6、12階模態(tài)的分別模擬。

(3)以模擬部件的一階模態(tài)模擬太陽(yáng)翼的高階模態(tài)，使得模態(tài)振幅、固有頻率與實(shí)際值吻合，克服了現(xiàn)有技術(shù)中模擬器的固有頻率過(guò)高、振幅較小、與真實(shí)數(shù)據(jù)偏離的缺陷。

在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，第一橫梁11、第二橫梁21、第三橫梁31的長(zhǎng)度依次減小，以使三者的固有頻率依次升高，便于模態(tài)頻率的調(diào)節(jié)。

實(shí)際應(yīng)用中，為了便于后續(xù)通過(guò)配重塊、彈簧組件調(diào)節(jié)模態(tài)頻率，需要對(duì)第一橫梁、第二橫梁、第三橫梁的長(zhǎng)度進(jìn)行合理設(shè)置，以降低模態(tài)參數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)間，增加系統(tǒng)實(shí)用性。為此，本發(fā)明首先利用有限元分析技術(shù)獲取截面為120mm*120mm的橫梁的長(zhǎng)度與第一階模態(tài)頻率的關(guān)系；接著統(tǒng)計(jì)各類(lèi)太陽(yáng)翼的1、6、12階模態(tài)頻率，獲得普適性數(shù)據(jù)，譬如，一種代表性的太陽(yáng)翼1、6、12階模態(tài)頻率分別為0.0679Hz、0.124Hz、0.1825Hz；之后采用迭代回歸算法獲取擬合結(jié)果最優(yōu)的橫梁長(zhǎng)度關(guān)系。本發(fā)明提出如下公式，能夠適用于各類(lèi)太陽(yáng)翼的1、6、12階模態(tài)模擬，實(shí)現(xiàn)橫梁的各模態(tài)頻率與模擬值接近，以降低后續(xù)微調(diào)難度，加快模擬器的調(diào)節(jié)過(guò)程。

其中，L₁、L₂、L₃分別為第一橫梁、第二橫梁、第三橫梁的長(zhǎng)度，公式要求第一橫梁、第二橫梁、第三橫梁的橫截面形狀與面積相同。

在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，第一橫梁、第二橫梁、第三橫梁的長(zhǎng)度依次為6米、5.841米、1.5米，符合公式1。

需要說(shuō)明的是，第一、二、三模擬部件的第一階模態(tài)振型為繞Y方向扭轉(zhuǎn)，模擬太陽(yáng)翼的第1、6、12階模態(tài)。為了調(diào)節(jié)第一、二、三模擬部件的第二階模態(tài)頻率，本發(fā)明設(shè)置第一、二、三緊固部。

具體地，第一緊固部安裝于第一橫梁11與第一轉(zhuǎn)軸連接處，用于調(diào)節(jié)第一模擬部件1的第二階模態(tài)頻率。第二緊固部安裝于第二橫梁21與第二轉(zhuǎn)軸連接處，用于調(diào)節(jié)第二模擬部件2的第二階模態(tài)頻率。第三緊固部安裝于第三橫梁31與第三轉(zhuǎn)軸連接處，用于調(diào)節(jié)第三模擬部件3的第二階模態(tài)頻率。

一般地，第一、二、三模擬部件的第二階模態(tài)振型為繞Z方向扭轉(zhuǎn)，模擬太陽(yáng)翼相應(yīng)扭轉(zhuǎn)振型模態(tài)。

通過(guò)上述設(shè)置，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了模擬器第二階模態(tài)頻率的獨(dú)立調(diào)節(jié)，提高了太陽(yáng)翼模態(tài)的模擬精度。

工程應(yīng)用中，為了防止三個(gè)模擬部件之間的干擾，通過(guò)調(diào)節(jié)使第一模擬部件1的第二階模態(tài)頻率大于第二模擬部件2及第三模擬部件3的第一階模態(tài)頻率，第二模擬部件2的第二階模態(tài)頻率大于第三模擬部件3的第一階模態(tài)頻率。

作為一個(gè)優(yōu)選方案，太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器還設(shè)置第一彎曲模態(tài)調(diào)節(jié)部、第二彎曲模態(tài)調(diào)節(jié)部、第三彎曲模態(tài)調(diào)節(jié)部以調(diào)節(jié)各模擬部件的第三階模態(tài)頻率。

具體地，第一、二、三彎曲模態(tài)調(diào)節(jié)部均為剛度可調(diào)的彈性結(jié)構(gòu)。第一彎曲模態(tài)調(diào)節(jié)部設(shè)置于第一橫梁11側(cè)面中部，與第一橫梁11兩端彈性連接，用于調(diào)節(jié)第一模擬部件1的第三階模態(tài)頻率。第二彎曲模態(tài)調(diào)節(jié)部設(shè)置于第二橫梁21側(cè)面中部，與第二橫梁21兩端彈性連接，用于調(diào)節(jié)第二模擬部件2的第三階模態(tài)頻率。第三彎曲模態(tài)調(diào)節(jié)部設(shè)置于第三橫梁31側(cè)面中部，與第三橫梁31兩端彈性連接，用于調(diào)節(jié)第三模擬部件3的第三階模態(tài)頻率。

在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，模擬部件的第三階模態(tài)振型為繞Y方向彎曲，即彎曲形變方向與Y方向垂直。各模擬部件的第三階模態(tài)頻率用于模擬太陽(yáng)翼彎曲振型的相應(yīng)模態(tài)。

通過(guò)上述設(shè)置，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了模擬器第三階模態(tài)頻率的獨(dú)立調(diào)節(jié)，使得扭轉(zhuǎn)模態(tài)與彎曲模態(tài)的模擬得到分離，利于對(duì)太陽(yáng)翼解耦的扭轉(zhuǎn)、彎曲模態(tài)分別進(jìn)行精確模擬。

在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器還包括設(shè)置于第一橫梁11上表面中部的第一彎曲模態(tài)調(diào)整部、設(shè)置于第二橫梁21上表面中部的第二彎曲模態(tài)調(diào)整部、設(shè)置于第三橫梁31上表面中部的第三彎曲模態(tài)調(diào)整部，分別用于調(diào)節(jié)相應(yīng)模擬部件的第四階模態(tài)頻率。

上述彎曲模態(tài)調(diào)整部均為剛度可調(diào)的彈性結(jié)構(gòu)，與所在橫梁兩側(cè)彈性連接。較佳地，模擬部件的第四階模態(tài)振型為繞Z方向彎曲，即彎曲形變方向與Z方向垂直。各模擬部件的第四階模態(tài)頻率用于模擬太陽(yáng)翼彎曲振型的相應(yīng)模態(tài)。

太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器調(diào)節(jié)完成后，對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析，可以得到各階模態(tài)的具體數(shù)據(jù)。圖5-8分別示出了第一模擬部件的第一、二、三、四階模態(tài)振型，從中可以看到如上所述的各個(gè)振型，圖中的水平方向?yàn)閄方向，豎直方向?yàn)閅方向。第二、三模擬部件的振型與第一模擬部件類(lèi)似。

通過(guò)上述設(shè)置，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了模擬器第四階模態(tài)頻率的獨(dú)立調(diào)節(jié)，使得扭轉(zhuǎn)模態(tài)與彎曲模態(tài)的模擬得到分離，利于對(duì)太陽(yáng)翼解耦的扭轉(zhuǎn)、彎曲模態(tài)分別進(jìn)行精確模擬。

實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)下列公式計(jì)算彈簧對(duì)軸產(chǎn)生的扭矩，判斷是否符合要求：

F＝ΔL×K 公式2

M＝F×R 公式3

其中，M為扭矩，F(xiàn)為彈簧產(chǎn)生的拉力，R為回轉(zhuǎn)半徑，K為彈簧剛度，ΔL為彈簧形變。

通過(guò)公式4計(jì)算摩擦力矩，判斷是否滿(mǎn)足要求：

其中，M₁為摩擦力矩，μ為摩擦系數(shù)，d為軸承內(nèi)徑，f為承載力。

可由公式5計(jì)算各模態(tài)阻尼比：

其中，ζ為阻尼比，A1、A2為各周期振幅。

根據(jù)本發(fā)明提供的太陽(yáng)翼?yè)闲阅M器，采用三臺(tái)模擬部件疊裝在單軸氣浮臺(tái)中心，模擬部件與單軸氣浮臺(tái)之間安裝力矩傳感器用于測(cè)量模擬器對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)的力矩大小，進(jìn)而模擬太陽(yáng)翼對(duì)于航天器本體的影響。當(dāng)單軸氣浮臺(tái)模擬航天器本體運(yùn)動(dòng)時(shí)，撓性模擬結(jié)構(gòu)也會(huì)受到擾動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)，通過(guò)力矩傳感器輸出信號(hào)解算出力矩的大小，即可分析模擬器不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、不同模態(tài)頻率對(duì)航天器本體結(jié)構(gòu)的影響。在此基礎(chǔ)上可以對(duì)太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減弱其對(duì)航天器本體的干擾。另外，本發(fā)明不需要設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)與動(dòng)力系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比更為簡(jiǎn)便易行、成本較低。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，該程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，如：ROM/RAM、磁碟、光盤(pán)等。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。