一种空间定点转动的动力学模拟装置

技术领域

本发明属于力学及机械技术领域，特别是涉及一种空间定点转动的动力学模拟装置。

背景技术

工程中刚体的定点转动多发生于绕相交轴转动的场合，如研磨机、雷达天线、三轴模拟平台、机械臂等，可用动量矩定理或欧拉动力学方程建立运动方程并求解。陀螺的近似理论不仅能用于研究陀螺仪的工作原理、原理误差及误差补偿问题，还可用于研究转子系统中的陀螺效应。对于自由运动的抛射体、航空器、航海器、航天器甚至天体，定点运动理论是研究它的绕质心和姿态运动的重要工具，如炮弹出膛后，为防止翻筋斗，使炮弹绕对称轴高速自旋，用倒立的自旋陀螺的稳定性条件可确定炮弹自选角速度的下限，并据此设计膛线。若刚体在运动过程中始终有一个点保持不动(这个点可以是刚体上的，也可以不是刚体上的),这种运动就叫做刚体的定点转动。刚体作定点转动时有三个自由度。常用欧拉角作为描写刚体定点转动的动力学变量，这时刚体的定点转动就是进动,章动和自转三部分的叠加。在航天飞行器姿态控制地面模拟实验中，往往需要模拟空间失重环境下的姿态运动，实验装置主要有三轴机械电动转台和气浮台，其中机械电动转台是一种可以提供参考数据的测试设备，不能模拟飞行器实物动力学过程；气浮台的核心器件是一种球轴承，轴的端部开孔由高压气体形成薄气膜，托起气浮台，可以实现飞行器动力学模拟，但是在空间飞行器姿态控制地面模拟试验中，需要构建特种装置及环境，用以等效于姿态运动的空间环境，比如：失重、无空气，造价及试验费用高昂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间定点转动的动力学模拟装置，以解决了现有的问题：但是在空间飞行器姿态控制地面模拟试验中，需要构建特种装置及环境，用以等效于姿态运动的空间环境，比如：失重、无空气，造价及试验费用高昂。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种空间定点转动的动力学模拟装置，包括固定机构、功能机构、支撑轴机构和承载机构，所述固定机构上方固定安装有支撑轴机构，所述支撑轴机构上方固定安装有承载机构，且所述支撑轴机构一面固定安装有功能机构。

进一步地，所述固定机构包括若干个支撑垫、底座、和支撑柱，若干个所述支撑垫上方固定安装有底座，所述底座上方固定安装有支撑柱。

进一步地，所述支撑轴机构包括支撑轴、永磁体和滑动轴承，所述支撑轴上方固定安装有滑动轴承，所述滑动轴承一面固定安装有永磁体。

进一步地，所述功能机构包括南极电控磁体、北极电控磁体和装置开关按键，远离所述装置开关按键一侧固定安装有南极电控磁体，所诉南极电控磁体上方固定安装有北极电控磁体。

进一步地，所述承载机构包括试验件承载装置，姿态控制器和姿态敏感器，远离所诉姿态控制器一侧固定安装有姿态敏感器，远离所述姿态敏感器上方固定安装有试验件承载装置。

进一步地，所述固定机构上方固定安装有支撑轴，所述支撑轴一面固定安装有南极电控磁体，远离所述南极电控磁体上方固定安装有滑动轴承，所述滑动轴承固定安装有试验件承载装置，远离所述试验件承载装置下方固定安装有装置开关按键。

进一步地，所述支撑垫、底座、和支撑柱的材质均为金属材质。

进一步地，所述支撑垫与底座紧密贴合，且所述支撑垫与底座焊接连接。

进一步地，所述姿态控制器和开关按键与底座活性连接，且所述姿态控制器和开关按键材质为塑料。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过设置支撑轴等，轴的端部开孔由高压气体形成薄气膜，托起气浮台，可实现飞行器动力学模拟，以模拟飞行器空间失重环境下的姿态运动状态，然后可以进行姿态控制动力学试验，成本低、消除摩擦力。

2、本发明通过设置电控磁体等，设计两个磁体，可以做到小体积和低重量，尤其是基于互斥磁力产生轴承结构间隙，代替气膜将平台托起，没有气体涌出，适合工作于真空罐中，提高了整个实验的效率。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的部分结构示意图；

图3为本发明的侧视结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、支撑垫；2、底座；3、支撑柱；4、支撑轴；5、南极电控磁体；6、北极电控磁体；7、永磁体；8、滑动轴承；9、试验件承载装置；10、姿态控制器；11、装置开关按键；12、姿态敏感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3所示，本发明为一种空间定点转动的动力学模拟装置，包括固定机构、功能机构、支撑轴机构和承载机构，所述固定机构上方固定安装有支撑轴机构，支撑轴机构上方固定安装有承载机构，且支撑轴机构一面固定安装有功能机构，结构简单、体积小、加工成本低、试验费用低。

固定机构包括若干个支撑垫1、底座2、和支撑柱3，若干个支撑垫1上方固定安装有底座2，底座2上方固定安装有支撑柱3，保证在实验的过程中机体不会发生晃动，使机体的结构稳定增强，提升了实验结果的准确性。支撑轴机构包括支撑轴4、永磁体7和滑动轴承8，支撑轴4上方固定安装有滑动轴承8，滑动轴承8一面固定安装有永磁体7，轴的端部开孔由高压气体形成薄气膜，托起气浮台，可实现飞行器动力学模拟，以模拟飞行器空间失重环境下的姿态运动状态，然后可以进行姿态控制动力学试验。功能机构包括南极电控磁体5、北极电控磁体6和装置开关按键11，远离装置开关按键11一侧固定安装有南极电控磁体5，所诉南极电控磁体5上方固定安装有北极电控磁体6，设计两个磁体，可以做到小体积和低重量，尤其是基于互斥磁力产生轴承结构间隙，代替气膜将平台托起，没有气体涌出，适合工作于真空罐中。承载机构包括试验件承载装置9，姿态控制器10和姿态敏感器12，远离所诉姿态控制器10一侧固定安装有姿态敏感器12，远离姿态敏感器12上方固定安装有试验件承载装置9，具有体积小、质量轻、成本低、消除摩擦力、可置入真空罐开展综合试验。固定机构上方固定安装有支撑轴4，支撑轴4一面固定安装有南极电控磁体5，远离南极电控磁体5上方固定安装有滑动轴承8，滑动轴承固定安装有试验件承载装置，远离试验件承载装置下方固定安装有装置开关按键，提高了整个实验的效率缩短了实验时间、提升了实验的安全性，根据权利要求2所述的一种空间定点转动的动力学模拟装置，其特征在于，支撑垫1、底座2、和支撑柱3的材质均为金属材质，支撑垫1与底座2紧密贴合，且支撑垫1与底座2焊接连接，姿态控制器10和开关按键11与底座2活性连接，且姿态控制器10和开关按键11材质为塑料。

本实施例的一个具体应用为：使用时在支撑轴4上方固定安装有滑动轴承8，滑动轴承8一面固定安装有永磁体7，轴的端部开孔由高压气体形成薄气膜，托起气浮台，可实现飞行器动力学模拟，以模拟飞行器空间失重环境下的姿态运动状态，然后可以进行姿态控制动力学试验。远离装置开关按键11一侧固定安装有南极电控磁体5，所诉南极电控磁体5上方固定安装有北极电控磁体6，设计两个磁体，可以做到小体积和低重量，尤其是基于互斥磁力产生轴承结构间隙，代替气膜将平台托起，没有气体涌出，适合工作于真空罐中。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。