一種氣浮模擬器推射裝置及其推射方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣浮模擬器推射裝置及其推射方法，使氣浮模擬器在運動開始獲得一個初始速度和推射角度，屬于空間飛行器半實物仿真領域。
【背景技術】
[0002]氣浮仿真試驗是在地面上模擬太空失重環(huán)境的一種試驗方法，是研制衛(wèi)星等航天器過程中特有的一種仿真方法。氣浮模擬器可以模擬出航天器在太空環(huán)境中微重力、零摩擦的空間活動。
[0003]氣浮模擬器在地面模擬試驗開始時，需要一定的初速度和推射角度。如初速度的獲得完全由冷氣噴嘴推力產(chǎn)生，由于運動模擬器屬于自備冷氣推進劑的方式，那么將耗費較大的冷氣儲備，同時加速過程的冷氣推力與實現(xiàn)姿控等的精確小推力等不易匹配，因此需要一個氣動伺服推射裝置來對氣浮模擬器進行初始的加速，目前還沒有見到相關文獻中有類似裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術解決問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種氣浮模擬器推射裝置及其推射方法，能夠為氣浮模擬器提供精確的初始速度和推射角度。
[0005]本發(fā)明的技術解決方案是:一種氣浮模擬器推射裝置，包括基座、軸承組件、氣缸、擺桿、手動平移臺和氣動伺服控制系統(tǒng)，基座上加工有凸臺，軸承組件包括軸承底座和固定在軸承底座上的軸承，軸承底座固定在基座的凸臺上；擺桿的兩端粗細不同，粗端部分下表面有一圓柱型凸軸，擺桿通過該凸軸與軸承連接，氣缸安裝在擺桿的粗端上；手動平移臺固定在基座上，且與軸承組件高度相同，手動平移臺與擺桿細端部分連接，用于調(diào)節(jié)擺桿的角度；
[0006]氣動伺服控制系統(tǒng)包括傳感器、流量比例閥、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器和上位機；流量比例閥連接高壓氣體與氣缸，上位機通過D/A轉(zhuǎn)換器與流量比例閥連接，通過控制流量比例閥的動作方向和動作時間控制氣缸的推桿的速度；傳感器位于氣缸中，用于測量氣缸的推桿移動的速度和位移，A/D轉(zhuǎn)換器采集傳感器測得的信息，并反饋給上位機；
[0007]所述手動平移臺包括平移臺臺體、手柄、絲杠、滑塊和兩個滾珠，平移臺臺體固定在基座上，平移臺臺體上加工有導向槽，滑塊放置于導向槽上，絲杠通過軸承固定在平移臺臺體上，絲杠穿過滑塊，與滑塊螺紋副連接，絲杠的一端與手柄連接，滑塊上安裝有兩個滾珠；手動平移臺和軸承組件高度相同；擺桿細端部分兩側(cè)開導槽，導槽與滑塊上兩個滾輪嚙合。
[0008]所述手動平移臺上還帶有刻度，用于表征擺桿的擺動角度。
[0009]所述氣缸選用帶滑臺低摩擦氣缸，行程300mm，加速段總時間< 1s ;氣動伺服加速距離< 50mm，平穩(wěn)等速跟蹤距離< 200mm。
[0010]一種利用氣浮模擬器推射裝置的推射方法，包括如下步驟:
[0011](a)調(diào)節(jié)手動平移臺，使擺桿的推射方向與氣浮模擬器需要的運動方向重合；
[0012](b)調(diào)節(jié)氣浮模擬器，使其質(zhì)心在擺桿軸線上；
[0013](c)上位機控制流量比例閥的進氣閥開啟，并通過傳感器實時采集氣缸推桿的速度和位移，當推桿的速度等于氣浮模擬器需要的初始速度時，上位機控制流量比例閥的進氣閥關閉；
[0014](d)上位機判斷此時推桿的位移是否在氣缸氣動伺服加速距離內(nèi)，如果在，則通過氣缸的推桿給氣浮模擬器需要的初始速度，完成推射；否則，進入步驟(e);
[0015](e)上位機控制流量比例閥的排氣閥開啟，推桿復位，調(diào)節(jié)高壓氣體的壓力，重復步驟(C) 一(d)，直到通過氣缸的推桿給氣浮模擬器需要的初始速度，完成推射為止。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:
[0017](I)傳統(tǒng)方法中沒有推射裝置，僅利用氣浮模擬器自身的冷氣噴嘴推力產(chǎn)生初始速度，該初始速度較小，在一些需要大初始速度的場合不能滿足應用要求，且加速過程的冷氣推力與實現(xiàn)氣浮模擬器姿態(tài)控制等需要的精確小推力相互沖突，本發(fā)明的裝置能夠給氣浮模擬器提供一個較大初始速度，與實現(xiàn)氣浮模擬器姿態(tài)控制的過程相互獨立。
[0018](2)本發(fā)明將氣缸和傳感器集成在一起，結構簡單，在氣缸動作的同時能夠即時采集推桿的速度和位移，響應速度快，縮短了標定時間，簡化了數(shù)據(jù)處理的難度。
[0019](3)本發(fā)明的手動平移臺采用絲杠和滑塊的螺紋副配合結構，使擺桿的角度可調(diào)，從而可以滿足對氣浮模擬器任意角度的推射需求。
[0020](4)本發(fā)明的手動平移臺上標有用于表征擺桿的擺動角度刻度值，方便將擺桿擺到需要的推射角度，避免了用測量設備進行手工測量，提高了效率和精度。
[0021](5)氣缸選用行程300mm帶滑臺低摩擦氣缸，行程短，加速度大，能夠節(jié)約推射裝置的安裝空間。氣缸平穩(wěn)等速跟蹤距離< 200mm，既保證了推桿有一定的平穩(wěn)等速運動，使得推桿輸出速度穩(wěn)定，以減少沖擊，同時又避免了推桿平穩(wěn)等速距離過長從而減小輸出的加速度。氣動伺服加速距離< 50mm，能夠有效縮短加速時間，使氣浮模擬器在短時間內(nèi)達到要求的初速度。
[0022](6)采用本發(fā)明所述的推射方法，用傳感器采集推桿的速度，作為反饋控制，形成氣動閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，輸出精確的推桿速度，給氣浮模擬器輸出要求的初速度。這樣避免了通過多次標定試驗測定輸出的速度，工作效率高，輸出速度的精度高。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明氣浮模擬器推射裝置主視圖；
[0024]圖2為本發(fā)明氣浮模擬器推射裝置俯視圖；
[0025]圖3為本發(fā)明擺桿結構示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明氣動伺服控制系統(tǒng)結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明提出一種氣浮模擬器推射裝置，在氣浮試驗開始給氣浮模擬器較大的初速度和推射角度。推射主要由氣缸實現(xiàn)。推射角度的改變主要由手動平移臺的運動實現(xiàn)。平移臺的運動帶動擺桿擺動，使固定在擺桿上氣缸的推射角度可在一定范圍內(nèi)做出調(diào)整。在確定好推射角度后，通過氣缸的推動使氣浮模擬器加速運動。在氣動控制系統(tǒng)中，接入流量比例閥，通過控制流量比例閥的流量，使氣缸推動氣浮模擬器，為氣浮模擬器提供不同的初速度。
[0028]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的氣浮模擬器推射裝置，包括基座1、軸承組件2、氣缸3、擺桿4、手動平移臺5和氣動伺服控制系統(tǒng)16，基座I上加工有凸臺，軸承組件2包括軸承底座和固定在軸承底座上的軸承，軸承底座固定在基座I的凸臺上；如圖3所示，擺桿4的兩端粗細不同，粗端部分下表面有一圓柱型凸軸，擺桿4通過該凸軸與軸承連接。手動平移臺5固定在基座I上，且與軸承組件2高度相同，手動平移臺5與擺桿4細端部分連接，用于調(diào)節(jié)擺桿4的角度；手動平移臺5包括平移臺臺體6、手柄7、絲杠8、滑塊9和兩個滾珠10，平移臺臺體6固定在基座I上，平移臺臺體6上加工有導向槽，滑塊9放置于導向槽上，絲杠8通過軸承固定在平移臺臺體6上，絲杠8穿過滑塊9，與滑塊9螺紋副連接，絲杠8的一端與手柄7連接，滑塊9上安裝有兩個滾珠10，擺桿4細端部