王舒雁 吳 芊 楊 磊 崔曉海

1.北京控制工程研究所,北京 100194 2.精密轉(zhuǎn)動與傳動長壽命技術(shù)北京市重點實驗室,北京 100194 3.中南大學(xué),長沙410083

0 引言

空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺具有振動隔離、高指向精度、高轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度、長壽命等特點,可有效提升旋轉(zhuǎn)平臺上載荷的精度?？臻g磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺固定于衛(wèi)星平臺艙,為載荷艙提供精密支承并驅(qū)動載荷艙旋轉(zhuǎn),對轉(zhuǎn)軸位置和姿態(tài)實時精準(zhǔn)控制。其復(fù)雜的控制方法和控制效果必須借助實際系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整和驗證。其中,用于將磁懸浮旋轉(zhuǎn)部件進行地面重力卸載的裝置,對實現(xiàn)控制方法的精準(zhǔn)優(yōu)化及整個系統(tǒng)的高精度性能驗證至關(guān)重要。

為了消除重力影響,地面重力卸載裝置被應(yīng)用于航天機構(gòu)的地面測試。地面重力卸載的主要方法有水浮法、懸吊法、氣浮法、磁懸浮等[1-8]。

水浮法因需要被浮件浸入液體中,航天器產(chǎn)品中表面和內(nèi)部的電子裝備對水類等液體較為敏感,容易引起零件腐蝕和系統(tǒng)失效,水浮法不能滿足產(chǎn)品安全可靠的試驗要求。懸吊法是采用導(dǎo)軌等對產(chǎn)品進行吊掛重力補償,適用于中小型機構(gòu)的二維平面展開,且吊裝體的硬性連接和運動過程中的摩擦力,均會引入較大的附加干擾,無法滿足空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的地面試驗要求。氣浮法有氣球懸吊法和氣浮支承法。氣球懸吊法是用充氦氣的氣球吊掛產(chǎn)品,其結(jié)構(gòu)簡單,易于實現(xiàn)。但由于氣球體積大,運動速度慢,不適用于大質(zhì)量、運動頻率較快的產(chǎn)品;氣浮支承式主要通過氣浮的方法在光滑的平臺上將目標(biāo)物托起來,通過抵消托舉力與重力實現(xiàn)重力卸載。其利用氣體壓力,由氣膜浮起物體,使物體可以在一定的空間自由移動。氣浮支撐式卸載不僅因為加工、裝配以及氣體的黏滯阻力等因素會導(dǎo)致被卸載機構(gòu)產(chǎn)生額外的力和力矩[9],而且氣膜厚度的變化也會引起承載能力的變化,這些變化量均會引入附加的力和力矩?？紤]到實際系統(tǒng)還要適用于熱真空試驗,氣浮法卸載原理的裝置均無法滿足要求。與傳統(tǒng)的機械懸吊和氣浮軸承等支撐方式相比,磁懸浮重力補償具有無機械摩擦、支撐力較大、定位準(zhǔn)確度高而且兼容高真空環(huán)境等優(yōu)勢。

馬國亮提出的一種基于音圈電機的主動懸吊方法[10]結(jié)合了磁懸浮和吊裝兩種方法,其原理為音圈電機驅(qū)動凱夫拉繩索吊起環(huán)形結(jié)構(gòu)。對于這種柔性結(jié)構(gòu)的振動,一般視為多自由度系統(tǒng),具有多個頻率和模態(tài),易引入額外擾動。劉凱提出的零剛度磁懸浮重力補償器[11],采用主、被動磁懸浮[12-13]利用洛侖茲力[14-15]實現(xiàn)驅(qū)動和定位,通過永磁體間的相互作用[16-17]產(chǎn)生的磁斥力和磁吸力實現(xiàn)對目標(biāo)的重力補償。其補償器具有較低的固有頻率和良好的隔振性能,但也存在輸出力非線性、平衡點唯一、載重比偏低等局限。

針對空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺高精度地面卸載驗證需求,需要研制相應(yīng)的大承載、低擾動、高效率的磁懸浮卸載機構(gòu)。

1 磁卸載機構(gòu)設(shè)計要求

衛(wèi)星在軌運行期間,為滿足大慣量載荷(相機)精準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)成像,需要空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺時時隔離、消除星上產(chǎn)品工作時產(chǎn)生的各種干擾力矩和振動。如:動量輪等執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生的擾振力、旋轉(zhuǎn)載荷艙不平衡量產(chǎn)生的干擾力和力矩、旋轉(zhuǎn)載荷艙在軌道上運行帶來的陀螺力矩[4]等干擾。為滿足空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺在地面實現(xiàn)上述力矩、振動等模擬干擾噪聲的試驗測試,對重力卸載裝置的基本要求是不能引入額外的力、力矩和阻尼等。因此在設(shè)計卸載裝置時需要考慮的主要要求如下:

1)不能給空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的轉(zhuǎn)動帶來額外的擾動力矩?？臻g磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的轉(zhuǎn)速控制穩(wěn)定度為0.001(°)/s,重力卸載裝置如果給系統(tǒng)引入額外時變的擾動力矩,會影響空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的轉(zhuǎn)動精度。

2)不能給空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)軸姿態(tài)控制引入附加外力?？臻g磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺要求轉(zhuǎn)軸偏擺不超過5″,對懸浮機構(gòu)轉(zhuǎn)軸引入時變的干擾力,會引起轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)矢量的偏轉(zhuǎn),從而影響磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的轉(zhuǎn)軸動態(tài)指向精度。

3)卸載裝置無法施加外部冷卻設(shè)備,需要與產(chǎn)品一起經(jīng)歷長期的環(huán)境試驗考核。

針對上述要求,本文設(shè)計了一種可以為磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺中心軸及外殼分別提供近零擾動、近零阻尼、可旋轉(zhuǎn)磁卸載的精密機構(gòu)。

2 磁卸載機構(gòu)的設(shè)計

2.1 磁卸載機構(gòu)的工作原理

磁卸載機構(gòu)是基于洛侖茲力原理的直驅(qū)驅(qū)動機構(gòu),其原理與音圈直線電機類似。采用這種執(zhí)行機構(gòu)無需中間傳動機構(gòu)即可獲得直線運動,避免了由于中間傳動機構(gòu)造成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、噪聲高、響應(yīng)慢等不足,在有效抑制振動[18]的同時,能在豎直方向上提供較高精度的支撐力[19-20]。其工作原理較為簡單,即通電線圈(導(dǎo)體)在磁場中產(chǎn)生推力,推力的大小與施加在線圈的電流成比例,其產(chǎn)生的洛倫茲力為:f=Bli(B為磁場強度,l為線圈的有效長度,i表示電流)。輸出力與電流成線性關(guān)系,在磁密均勻性好(B為恒值)的前提下,輸出力與位置無關(guān),可實現(xiàn)穩(wěn)定的重力支撐。

理想情況下,在軌工作的空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的懸浮轉(zhuǎn)動件(動子)相對于定子件僅有相對轉(zhuǎn)動運動,但實際工作中其動子和定子間的運動不僅有軸向、徑向的平動(均為±0.5mm)運動還有相對的偏轉(zhuǎn)運動,為確保產(chǎn)品在地面試驗的真實有效性,需要地面磁卸載機構(gòu)在被懸浮件產(chǎn)生上述運動時,不產(chǎn)生額外的附加力和力矩,因此需要保證洛侖茲力中的磁場強度B在上述軸向和徑向位移范圍內(nèi)為恒值。

在磁卸載機構(gòu)的外形和體積固定的情況下,為獲得較大的輸出力,不僅要提高磁場強度B,而且需用較大的電流i,大電流的引入會使機構(gòu)的功耗增加,發(fā)熱量變大,隨之產(chǎn)生的過高溫升會對機構(gòu)造成損壞。為滿足磁卸載機構(gòu)在無散熱措施情況下,長時間輸出大于130kg的承載力,進行了沿徑向雙并聯(lián)的機構(gòu)設(shè)計,實現(xiàn)了軸向輸出力的疊加,從而獲得較大的輸出力,其原理如圖1所示。同時,由于內(nèi)、外兩組通電工作線圈放置于不同的表面上,擴大了線圈工作時的散熱面,降低了磁卸載機構(gòu)工作時的溫升,規(guī)避了通常需要額外散熱的繁瑣措施。

圖1 磁卸載機構(gòu)工作原理示意圖

2.2 磁卸載機構(gòu)的電、磁設(shè)計

為了實現(xiàn)線圈工作磁場強度B恒定的設(shè)計目標(biāo),在設(shè)計卸載裝置時主要采取了以下措施:1)采用雙邊釹鐵硼永磁體設(shè)計,在有限空間內(nèi)獲得較大和恒定的磁場強度。雙邊永磁體極性相反,共同為線圈產(chǎn)生氣隙磁勢。雙邊永磁體有效提高了工作氣隙磁場強度,也保證了磁場強度在徑向方向的均勻性,如圖2所示。由圖2可知,雙邊磁體磁場密度的大小和均勻性均得到了明顯的提升。(圖2為單雙邊永磁體的仿真對比圖)。2)每塊永磁體采用無縫拼接。無縫拼接的磁體保證了磁場強度在圓周方向的一致性,更有利于保證工作磁場強度在其工作氣隙三維空間內(nèi)的一致性,可有效消除被測產(chǎn)品在旋轉(zhuǎn)工作時產(chǎn)生的擾動力矩。如圖3所示,無縫拼接磁體的磁場強度在圓周方向均勻性更好。圖3為有縫與無縫拼接磁體的磁場仿真對比圖。

圖2 單、雙邊永磁體的磁場仿真對比圖

圖3 無縫、有縫拼接磁體的磁場仿真對比圖

考慮到導(dǎo)電體和導(dǎo)磁體在磁場運動中會產(chǎn)生隨運動速率變化的洛侖茲力和磁滯阻力,轉(zhuǎn)動件中所選材料均應(yīng)采用不導(dǎo)電材料和不導(dǎo)磁的材料,以消除轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時帶來的附加阻尼力和擾動力。因此,磁卸載機構(gòu)的轉(zhuǎn)子線圈骨架摒棄了傳統(tǒng)的金屬材料,選用高強度、耐高溫的聚酰亞胺膜塑料材料。

2.3 磁卸載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

據(jù)此設(shè)計的磁卸載機構(gòu)為兩個在徑向方向并聯(lián)的磁浮機構(gòu),采用大徑向尺寸內(nèi)部嵌套小徑向尺寸機構(gòu)的結(jié)構(gòu)方式,如圖4所示。這種雙結(jié)構(gòu)的磁卸載機構(gòu)采用嵌套式結(jié)構(gòu),將內(nèi)、外兩組繞組線圈放置于不同的表面上,擴大了轉(zhuǎn)子線圈工作時的散熱面,降低了磁卸載機構(gòu)工作時的溫升。

圖4 雙磁路并聯(lián)磁卸載機構(gòu)半剖圖

磁卸載機構(gòu)為分體式結(jié)構(gòu),分為定子磁鋼部件和轉(zhuǎn)子繞組部件兩部分,每部分均分為內(nèi)、外兩套結(jié)構(gòu)(簡稱“雙結(jié)構(gòu)”),即定子磁鋼部件包含內(nèi)磁鋼部件和外磁鋼部件;轉(zhuǎn)子繞組部件包含內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組部件和外繞組部件。為滿足空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的6自由度運動需求(三方向平動空間(0.5mm),雙結(jié)構(gòu)磁卸載結(jié)構(gòu)的直線運動行程設(shè)定為(3mm,雙邊徑向活動機械間隙為1.5mm,均大于產(chǎn)品的實際最大位移量,可滿足產(chǎn)品的工作需求。

2.4 磁卸載機構(gòu)磁場的設(shè)計和仿真

雙結(jié)構(gòu)磁卸載機構(gòu)的定子磁鋼部件內(nèi)每個單邊設(shè)計為24塊釹鐵硼永磁體(雙邊共48塊,雙結(jié)構(gòu)共采用了96塊永磁體)無縫拼接,永磁體厚10mm,導(dǎo)磁環(huán)厚12mm。對定子磁鋼部件氣隙磁場強度的仿真值為0.515T,在徑向方向和有效的軸向方向基本為恒值。計算可得“雙結(jié)構(gòu)”的內(nèi)、外輸出力系數(shù)分別為238.7N/A和393.8N/A。在“雙結(jié)構(gòu)”工作電流均為2.25A的情況下,其輸出力分別達到537.08N和886.05N,總輸出力為1423.1N,可完成空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的地面重力卸載任務(wù)。

2.5 磁卸載機構(gòu)熱設(shè)計和仿真

雙結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子繞組選用耐高溫的聚酰亞胺漆包線,雙股并繞。計算動子線圈部件的重量約為20kg,為達到凈輸出力1200N,則需要磁卸載機構(gòu)輸出力大于1400N,可計算磁卸載機構(gòu)輸出力在輸出力為1400N情況下的特性參數(shù)如表1所示。同時,鑒于Qy-2 0.62漆包線的一級降額電流值為2.25A,轉(zhuǎn)子線圈最大允許工作電流均為4.5A,根據(jù)其最大允許工作電流可計算磁卸載機構(gòu)可輸出的最大力,并計算在最大輸出力情況下電機的特性參數(shù)值,如表1中所示。

表1 不同工況下電機主要參數(shù)對應(yīng)表

根據(jù)直流無刷電動機的原理[21],當(dāng)電機外徑尺寸為500mm時,其允許的電負荷值和熱負荷值分別在370(460(A/cm)和2250(2900(A/cm)×(A/mm2)之間?！半p結(jié)構(gòu)”磁卸載機構(gòu)的電負荷和熱負荷的設(shè)計計算值(如表1)均滿足航天器降額使用的要求,其降額值均小于0.32。

磁卸載機構(gòu)在工作時,其發(fā)熱體為雙結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子線圈,轉(zhuǎn)子線圈繞制在聚酰亞胺膜塑料的非金屬材料骨架上,其骨架的導(dǎo)熱系數(shù)為0.1～0.35[W/(m×K)],轉(zhuǎn)子線圈部件處于定子磁鋼部件的凹型槽內(nèi),與定子磁鋼部件的單邊間距為1.5mm,凹槽內(nèi)空氣對流很少,主要散熱方式為熱輻射。

建立磁卸載機構(gòu)的熱模型,設(shè)置散熱形式為轉(zhuǎn)子線圈對定子磁鋼內(nèi)部的輻射散熱和定子磁鋼部件外圓與空氣的對流散熱。仿真計算在“雙結(jié)構(gòu)”繞組工作電流為2.14A和2A時,電機的熱分布情況,其主要發(fā)熱源為轉(zhuǎn)子線圈,其熱仿真圖如圖5所示。由仿真結(jié)果可知,轉(zhuǎn)子線包的最高溫度96℃在轉(zhuǎn)子線圈骨架的頂部,轉(zhuǎn)子線圈處的溫度低于85℃,其仿真結(jié)果滿足設(shè)計指標(biāo),可保證在不采取額外散熱的措施下,機構(gòu)工作的安全可靠。

圖5 轉(zhuǎn)子線圈熱分布圖

3 地面重力卸載系統(tǒng)的構(gòu)建

3.1 地面重力卸載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

地面重力卸載系統(tǒng)有定子組件、轉(zhuǎn)子組件、導(dǎo)電環(huán)及其驅(qū)動電機和導(dǎo)電環(huán)控制電路四部分。

地面重力卸載系統(tǒng)的定子組件由固定水平支架、定子安裝轉(zhuǎn)接支架、空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺定子部件轉(zhuǎn)接工裝、磁卸載機構(gòu)的定子磁鋼部件、空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺定子部件組成。地面重力卸載系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子組件由空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動部件、轉(zhuǎn)子安裝轉(zhuǎn)接板、磁卸載機構(gòu)轉(zhuǎn)子線包部件組成。

考慮到磁卸載機構(gòu)中轉(zhuǎn)子線包部件的重量(實際重量16.8kg)遠小于定子磁鋼部件(110kg),因此選定磁卸載機構(gòu)的轉(zhuǎn)子線包部件與被測空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的轉(zhuǎn)動部件固聯(lián)。磁卸載機構(gòu)的定子磁鋼部件與空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的定子部件固定聯(lián)接。磁卸載機構(gòu)轉(zhuǎn)子線圈在通以恒定電流后,通電線圈在定子磁鋼部件產(chǎn)生的永磁場下,產(chǎn)生平行于軸向方向的電磁力,將固聯(lián)在轉(zhuǎn)子線圈部件上的空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動部件帶動浮起。

空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺分為外殼體組件和中心軸組件,工作時兩個組件相對轉(zhuǎn)動。在地面測試試驗時,選擇懸浮外殼組件或是懸浮中心軸組件均可實現(xiàn)。當(dāng)懸浮外殼體組件時,定義外殼體組件為空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動部件、中心軸組件為空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺定子部件;當(dāng)懸浮中心軸組件時,定義中心軸組件為空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動組件、外殼體組件為空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺定子組件。

由于空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺外殼體組件上帶有與外設(shè)備通訊的信號線及電源供電線,懸浮外殼體組件的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜些(其結(jié)構(gòu)如圖6所示),比懸浮中心軸組件時需多配置兩部分組件,分別為導(dǎo)電環(huán)及其驅(qū)動電機、導(dǎo)電環(huán)控制電路。

1.固定水平支架 2.定子安裝轉(zhuǎn)接支架 3.中心軸轉(zhuǎn)接工裝 4.磁卸載機構(gòu)定子磁鋼部件 5.空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺中心軸組件 6.轉(zhuǎn)子安裝轉(zhuǎn)接板 7.磁卸載機構(gòu)轉(zhuǎn)子線包部件 8.空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺外殼體組件 9.導(dǎo)電環(huán)及其驅(qū)動電機 10.導(dǎo)電環(huán)驅(qū)動控制電路圖6 空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺地面重力卸載系統(tǒng)構(gòu)建圖

3.2 地面重力卸載系統(tǒng)的具體實施方法

1)懸浮外殼體組件方案

將空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺外殼體組件的所有電連接引出線和磁卸載機構(gòu)轉(zhuǎn)子線包部件的引線由地面卸載系統(tǒng)中心軸的中心通孔中引出,再由導(dǎo)電環(huán)引出后與空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺外測設(shè)備和兩路外置電源相連接。

兩路外置電源輸出線分別連接磁卸載機構(gòu)“內(nèi)、外”結(jié)構(gòu)的繞組引出線上,兩路外置電源采用恒流源,使電源輸入“內(nèi)、外”結(jié)構(gòu)內(nèi)繞組線圈中的電流保持一致且恒定,以保證磁卸載機構(gòu)輸出力穩(wěn)定不變。在“內(nèi)、外”結(jié)構(gòu)工作電流均為2A的情況下,其輸出合力為1150N,使空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的外殼體組件起浮。通過測試設(shè)備驅(qū)動空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動,同時控制導(dǎo)電環(huán)驅(qū)動電路使導(dǎo)電環(huán)旋轉(zhuǎn),其旋轉(zhuǎn)速度與空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺外殼體組件轉(zhuǎn)動速度保持一致,以避免不同步旋轉(zhuǎn)引起電連接線絞合。

2)懸浮中心軸組件方案

由于空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺中心軸組件中無電信號引線,因此懸浮中心軸組件時,不需要導(dǎo)電環(huán)及其驅(qū)動電機和驅(qū)動電機控制電路。將空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺外殼體組件的所有電連接引出線和磁卸載機構(gòu)轉(zhuǎn)子線包部件的引線直接與空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺外測設(shè)備和兩路外置電源相連接。其它工作情況與懸浮外殼組件方案相同。

4 測試試驗結(jié)果

4.1 磁卸載機構(gòu)承載試驗

在地面試驗中,分別做了懸浮空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺外殼體組件和中心軸組件的測試。

1)懸浮中心軸組件:中心軸組件實測重量103kg,雙結(jié)構(gòu)磁卸載機構(gòu)轉(zhuǎn)子線圈部件16.8kg,雙結(jié)構(gòu)磁卸載機構(gòu)實際負載119.8kg,“內(nèi)、外”結(jié)構(gòu)線圈工作電流分別為2.14A和2A,輸出懸浮力1180.38N,總功耗為183.2W,持續(xù)通電3小時后,內(nèi)、外線圈本體溫度分別為64.5℃和62.4℃,其實際工作中電機內(nèi)的溫度均在其允許工作溫度范圍內(nèi),確保了在不采取額外散熱的措施下,懸浮設(shè)備工作的安全可靠。

2)懸浮旋轉(zhuǎn)外殼體組件:外殼體組件實測重量130kg,雙結(jié)構(gòu)磁卸載機構(gòu)轉(zhuǎn)子線圈組件16.8kg,雙結(jié)構(gòu)磁卸載機構(gòu)實際懸浮146.8kg負載,雙結(jié)構(gòu)磁卸載機構(gòu)內(nèi)、外線圈工作電流分別為2.715A和2.74A,輸出懸浮力1570N,總功耗為324.2W,持續(xù)通電0.5h后,內(nèi)、外線圈本體溫度均達到65℃,持續(xù)通電1h后,內(nèi)、外圈本體溫度達到80℃,考慮到設(shè)備使用的一級降額,在線圈本體溫度達到85℃時需停機適當(dāng)降溫后使用。

4.2 磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺隔振試驗

在地面懸浮外殼體組件和中心軸組件的試驗中,為測試試驗磁卸載機構(gòu)的隔振效果,在基座上安裝激振器,使用信號發(fā)生器給激振器提供0～100Hz掃頻信號(頻率線性增加,持續(xù)100s)。在基座和懸浮件上安裝加速度計(如圖7所示),采集基座和懸浮轉(zhuǎn)子上加速度計的數(shù)據(jù),分析在磁卸載機構(gòu)不工作和工作時對空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的隔振效果。

圖7 磁卸載機構(gòu)隔振試驗系統(tǒng)圖

實測曲線如圖8和9所示,對比實測懸浮轉(zhuǎn)子的測試曲線,可得到磁卸載機構(gòu)在工作時,對外界的振動抑制達到了95%,表明磁卸載結(jié)構(gòu)的隔振效果很好,同時也說明了磁卸載機構(gòu)沒有給空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺系統(tǒng)引入明顯的外界擾動力。

圖8 磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺振動隔離效果驗證(磁卸載機構(gòu)不工作情況下)

圖9 磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺振動隔離效果驗證(磁卸載機構(gòu)工作情況)

通過地面試驗驗證,雙結(jié)構(gòu)磁卸載機構(gòu)的設(shè)計可滿足空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的地面卸載要求,但由于空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺外殼體組件的實際重量比預(yù)估值大,因此在長期懸浮外殼體組件時,需要間歇式工作以保證卸載系統(tǒng)工作的安全可靠。

5 結(jié)論

雙結(jié)構(gòu)磁卸載機構(gòu)的設(shè)計可滿足大承載六自由度運動的空間磁懸浮旋轉(zhuǎn)平臺的地面卸載要求,試驗結(jié)果證明其隔振效果好。雙結(jié)構(gòu)磁卸載機構(gòu)的安裝裝配要求精度不高,安裝裝配簡單。工作時,僅需為“內(nèi)、外”結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩組線圈提供一定的恒定電流,亦可保證輸出穩(wěn)定、無附加外力和阻力的懸浮力。