本发明涉及航天地面仿真实验，特别涉及一种用于测试多个大型载人探月对接机构的地面实验系统。
背景技术：
1、随着人类对太空探索的深入，载人探月已成为航天领域的重要发展方向。在这一过程中，多大型航天舱段的对接技术是实现载人探月任务的关键技术之一。对接机构作为航天器间连接与分离的重要装置，其性能的稳定性和可靠性直接关系到整个探月任务的成功与否。
2、传统的航天器对接模拟装置多采用简单的机械结构，如单自由度或双自由度的滑轨系统，这些系统虽然能够在一定程度上模拟对接过程，但由于自由度有限，无法完全模拟航天器在对接过程中的复杂运动和姿态变化，因此其模拟精度和可靠性有限。
3、目前，针对多大型航天舱段载人探月对接机构的性能测试，主要依赖于模拟太空环境的试验设施。然而，其难以对多个大型航天舱段进行同时测试。为了克服上述局限性，需要开发一种新型的用于测试多大型航天舱段载人探月对接机构性能的综合地面实验系统。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于测试多个大型载人探月对接机构的地面实验系统，旨在解决现有技术中存在的问题，验证多个大型航天舱段载人探月对接机构的性能，提高对接模拟的精度和可靠性，为航天器对接技术的发展提供有力支持。
2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、本发明提供一种用于测试多个大型载人探月对接机构的地面实验系统，包括通过缓冲杆依次连接的3.5t飞行器模拟装置、17t飞行器模拟装置及8t飞行器模拟装置，通过调节3.5t飞行器模拟装置、17t飞行器模拟装置及8t飞行器模拟装置的初始姿态，并利用气浮法降低与气浮台的摩擦力，再现太空中三个大型航天舱段的对接过程，验证载人探月对接机构的性能和稳定性。
4、所述17t飞行器模拟装置包括对接环重力平衡单元、主动对接机构、主动姿态设定单元、制动单元、平面运动测量传感器、二维驱动单元、17t气浮台、被动对接机构、偏航单元及17t飞行模拟器，其中二维驱动单元设置于17t气浮台上，主动姿态设定单元、制动单元、平面运动测量传感器和偏航单元设置于二维驱动单元上，17t飞行模拟器位于制动单元内，主动对接机构和被动对接机构分别设置于17t飞行模拟器的两端，主动姿态设定单元位于17t飞行模拟器的两侧，用于调整17t飞行模拟器的俯仰和翻滚姿态；对接环重力平衡单元设置于主动对接机构的上方，且与主动对接机构和制动单元连接，对接环重力平衡单元用于实时平衡主动对接机构的重力；制动单元用于对17t飞行模拟器进行制动，平面运动测量传感器用于测量17t飞行模拟器运动参数，偏航单元用于设定17t飞行模拟器的z向姿态，17t飞行模拟器通过二维驱动单元在17t气浮台上进行二维无摩擦运动。
5、所述二维驱动单元包括z向驱动单元、x向驱动单元和基座，其中基座固定于17t气浮台，且17t气浮台位于基座的内侧，x向驱动单元位于基座上方，z向驱动单元设置于x向驱动单元上且位于17t气浮台的上方。
6、所述制动单元包括制动滑板、摩擦片、主动制动器、制动支架、刹车滑车和水平制动器，其中制动支架安装在所述z向驱动单元上，主动制动器固定于制动支架的顶部，制动滑板设置于基座的两侧，
7、主动制动器的两侧对称布置两个摩擦片，各摩擦片通过刹车滑车与相对应的制动滑板相连，制动支架的两侧通过钢丝绳与两个摩擦片的外边缘连接，各钢丝绳的中部均设有水平制动器；
8、所述制动单元实现17t飞行模拟器的滚转和俯仰两个转动方向的制动。
9、所述对接环重力平衡单元包括平面二维随动单元、卷扬机构、高精度重力平衡器和吊挂工装，其中平面二维随动单元通过斜架与所述制动支架连接，卷扬机构固定在平面二维随动单元上，高精度重力平衡器通过吊钩悬挂在卷扬机构的下侧，吊挂工装通过钢丝绳与高精度重力平衡器连接，吊挂工装与所述主动对接机构连接。
10、所述主动姿态设定单元包括对称设置于所述17t飞行模拟器艏部两侧的四个电动缸，位于同一侧的两个电动缸上下相对设置，通过调节电动缸的伸缩实现17t飞行模拟器的俯仰和翻滚姿态设定。
11、所述偏航单元包括偏航电缸，偏航电缸固定在所述z向驱动单元上，并输出端与所述17t飞行模拟器相连。
12、所述平面运动测量传感器包括浮动编码器和连接杆，其中浮动编码器通过两个连接杆分别与所述z向驱动单元和所述17t飞行模拟器相连。
13、所述17t飞行模拟器包括后主梁、前主梁、水平配重块、水平配重梁、竖直拉紧梁、竖直配重梁、竖直配重块、拉管和转台，其中转台位于所述制动单元内，前主梁和后主梁连接在转台的两侧，前主梁和后主梁的末端分别与所述主动对接机构和所述被动对接机构连接，前主梁和后主梁的末端两侧均垂直连接有水平配重梁，前主梁两侧的水平配重梁上设有水平配重梁；后主梁的末端底部设有竖直配重梁，竖直配重梁上设有竖直配重块；转台的顶部及后主梁和前主梁的末端顶部均设有竖直拉紧梁，各竖直拉紧梁的顶部通过线管与相对应的水平配重梁的末端、后主梁或前主梁连接。
14、所述3.5t飞行器模拟装置包括3.5t气浮台、刹车制动、驱动与测量单元、3.5t飞行模拟器及3.5t被动对接机构，其中3.5t气浮台放置在地面上，刹车制动设置于3.5t气浮台的两侧，3.5t飞行模拟器放置在3.5t气浮台上，3.5t被动对接机构设置于3.5t飞行模拟器的一端，驱动与测量单元连接3.5t气浮台和3.5t飞行模拟器，驱动与测量单元驱动3.5t飞行模拟器在3.5t气浮台上低摩擦二维运动。
15、所述8t飞行器模拟装置包括8t气浮台、8t主动对接机构、主动重力平衡机构、8t飞行模拟器及制动装置，其中8t气浮台放置在地面上，8t飞行模拟器放置在8t气浮台上，制动装置设置于8t气浮台的两侧，8t主动对接机构设置于8t飞行模拟器的一端，主动重力平衡机构位于8t主动对接机构的上方，8t飞行模拟器在8t气浮台上进行低摩擦二维运动，并利用主动重力平衡机构平衡8t主动对接机构的重力，以降低8t飞行模拟器与8t气浮台的摩擦力。
16、本发明的优点与积极效果为：
17、1.本发明利用气浮法降低了大型航天舱段模拟器与地面的摩擦力，使其进行五自由度运动，再现太空载人探月对接过程。
18、2.本发明利用悬吊法平衡对接机构的重力，以提高大型航天舱段模拟器的运动精度。
19、3.本发明设计了3.5t飞行模拟器、17t飞行模拟器和8t飞行模拟器，在地面再现了太空载人探月停靠对接碰撞过程。
1.一种用于测试多个大型载人探月对接机构的地面实验系统，其特征在于，包括通过缓冲杆(40)依次连接的3.5t飞行器模拟装置(100)、17t飞行器模拟装置(200)及8t飞行器模拟装置(300)，通过调节3.5t飞行器模拟装置(100)、17t飞行器模拟装置(200)及8t飞行器模拟装置(300)的初始姿态，并利用气浮法降低与气浮台的摩擦力，再现太空中三个大型航天舱段的对接过程，验证载人探月对接机构的性能和稳定性。
2.根据权利要求1所述的用于测试多个大型载人探月对接机构的地面实验系统，其特征在于，所述17t飞行器模拟装置(200)包括对接环重力平衡单元(1)、主动对接机构(2)、主动姿态设定单元(3)、制动单元(4)、平面运动测量传感器(5)、二维驱动单元(6)、17t气浮台(7)、被动对接机构(8)、偏航单元(9)及17t飞行模拟器(10)，其中二维驱动单元(6)设置于17t气浮台(7)上，主动姿态设定单元(3)、制动单元(4)、平面运动测量传感器(5)和偏航单元(9)设置于二维驱动单元(6)上，17t飞行模拟器(10)位于制动单元(4)内，主动对接机构(2)和被动对接机构(8)分别设置于17t飞行模拟器(10)的两端，主动姿态设定单元(3)位于17t飞行模拟器(10)的两侧，用于调整17t飞行模拟器(10)的俯仰和翻滚姿态；对接环重力平衡单元(1)设置于主动对接机构(2)的上方，且与主动对接机构(2)和制动单元(4)连接，对接环重力平衡单元(1)用于实时平衡主动对接机构(2)的重力；制动单元(4)用于对17t飞行模拟器(10)进行制动，平面运动测量传感器(5)用于测量17t飞行模拟器(10)运动参数，偏航单元(9)用于设定17t飞行模拟器(10)的z向姿态，17t飞行模拟器(10)通过二维驱动单元(6)在17t气浮台(7)上进行二维无摩擦运动。
3.根据权利要求2所述的用于测试多个大型载人探月对接机构的地面实验系统，其特征在于，所述二维驱动单元(6)包括z向驱动单元(24)、x向驱动单元(25)和基座(26)，其中基座(26)固定于17t气浮台(7)，且17t气浮台(7)位于基座(26)的内侧，x向驱动单元(25)位于基座(26)上方，z向驱动单元(24)设置于x向驱动单元(25)上且位于17t气浮台(7)的上方。
4.根据权利要求3所述的用于测试多个大型载人探月对接机构的地面实验系统，其特征在于，所述制动单元(4)包括制动滑板(16)、摩擦片(17)、主动制动器(18)、制动支架(19)、刹车滑车(20)和水平制动器(21)，其中制动支架(19)安装在所述z向驱动单元(24)上，主动制动器(18)固定于制动支架(19)的顶部，制动滑板(16)设置于基座(26)的两侧，
5.根据权利要求4所述的用于测试多个大型载人探月对接机构的地面实验系统，其特征在于，所述对接环重力平衡单元(1)包括平面二维随动单元(11)、卷扬机构(12)、高精度重力平衡器(13)和吊挂工装(14)，其中平面二维随动单元(11)通过斜架(39)与所述制动支架(19)连接，卷扬机构(12)固定在平面二维随动单元(11)上，高精度重力平衡器(13)通过吊钩悬挂在卷扬机构(12)的下侧，吊挂工装(14)通过钢丝绳与高精度重力平衡器(13)连接，吊挂工装(14)与所述主动对接机构(2)连接。
6.根据权利要求3所述的用于测试多个大型载人探月对接机构的地面实验系统，其特征在于，所述主动姿态设定单元(3)包括对称设置于所述17t飞行模拟器(10)艏部两侧的四个电动缸(15)，位于同一侧的两个电动缸(15)上下相对设置，通过调节电动缸(15)的伸缩实现17t飞行模拟器(10)的俯仰和翻滚姿态设定。
7.根据权利要求3所述的用于测试多个大型载人探月对接机构的地面实验系统，其特征在于，所述平面运动测量传感器(5)包括浮动编码器(22)和连接杆(23)，其中浮动编码器(22)通过两个连接杆(23)分别与所述z向驱动单元(24)和所述17t飞行模拟器(10)相连。
8.根据权利要求2所述的用于测试多个大型载人探月对接机构的地面实验系统，其特征在于，所述17t飞行模拟器(10)包括后主梁(27)、前主梁(28)、水平配重块(29)、水平配重梁(30)、竖直拉紧梁(31)、竖直配重梁(32)、竖直配重块(33)、拉管(34)和转台(35)，其中转台(35)位于所述制动单元(4)内，前主梁(28)和后主梁(27)连接在转台(35)的两侧，前主梁(28)和后主梁(27)的末端分别与所述主动对接机构(2)和所述被动对接机构(8)连接，前主梁(28)和后主梁(27)的末端两侧均垂直连接有水平配重梁(30)，前主梁(28)两侧的水平配重梁(30)上设有水平配重梁(30)；后主梁(27)的末端底部设有竖直配重梁(32)，竖直配重梁(32)上设有竖直配重块(33)；转台(35)的顶部及后主梁(27)和前主梁(28)的末端顶部均设有竖直拉紧梁(31)，各竖直拉紧梁(31)的顶部通过线管(34)与相对应的水平配重梁(30)的末端、后主梁(27)或前主梁(28)连接。
9.根据权利要求1所述的用于测试多个大型载人探月对接机构的地面实验系统，其特征在于，所述3.5t飞行器模拟装置(100)包括3.5t气浮台(41)、刹车制动(42)、驱动与测量单元(43)、3.5t飞行模拟器(44)及3.5t被动对接机构(45)，其中3.5t气浮台(41)放置在地面上，刹车制动(42)设置于3.5t气浮台(41)的两侧，3.5t飞行模拟器(44)放置在3.5t气浮台(41)上，3.5t被动对接机构(45)设置于3.5t飞行模拟器(44)的一端，驱动与测量单元(43)连接3.5t气浮台(41)和3.5t飞行模拟器(44)，驱动与测量单元(43)驱动3.5t飞行模拟器(44)在3.5t气浮台(41)上低摩擦二维运动。
10.根据权利要求1所述的用于测试多个大型载人探月对接机构的地面实验系统，其特征在于，所述8t飞行器模拟装置(300)包括8t气浮台(46)、8t主动对接机构(47)、主动重力平衡机构(48)、8t飞行模拟器(49)及制动装置(50)，其中8t气浮台(46)放置在地面上，8t飞行模拟器(49)放置在8t气浮台(46)上，制动装置(50)设置于8t气浮台(46)的两侧，8t主动对接机构(47)设置于8t飞行模拟器(49)的一端，主动重力平衡机构(48)位于8t主动对接机构(47)的上方，8t飞行模拟器(49)在8t气浮台(46)上进行低摩擦二维运动，并利用主动重力平衡机构(48)平衡8t主动对接机构(47)的重力，以降低8t飞行模拟器(49)与8t气浮台(46)的摩擦力。
