JPH02500934A - 物体の質量関連特性の測定装置とそのドライ衛星の特性の測定への応用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 物体の質量関連特性の測定装置と そのドライ衛星の特性の測定への応用 本発明は例えば大型で、脆弱かつ取り扱い困難な人口衛星のような垂直に配置さ れた物体の質量関連特性を測定する装置に関する。

衛星を打ち上げ、軌道に乗せる方法は、その質量、重心の位置および慣性モーメ ントに就いての知識を必要とし、これらは一般に「質量慣性特性」と称される。

実際には、これらの特性はその積載されたペイロードを持つが燃料を持たない（ 故に「ドライ」な）衛星に対応する。

現在の技術では、これらの特性は衛星に対して特定の装置により各々測定され、 全体として取り扱いに起因する損傷が増し、測定の期間と全体の費用が増す。

特に、質量は秤量により測定されることが多く、また縦慣性モーメントは衛星を 垂直に置き地上のベースにおける垂直軸線の回りに振動するように装着されたテ ーブル上で衛星を心出しすることにより測定される。５ＣＩＴＥＮＣＫ社により Ｍ７として販売される装置をこの目的に使用できる。横慣性モーメントの測定で はかなりの質量と慣性とを有する複雑な機械を用いて衛星を水平に配置する必要 がある。横モーメントの測定時にこの機械が存在することは与えられた横軸線に 関する慣性測定の精度が減少し、また使用できる測定軸線の数を２つまで減少し 、これは横中央慣性楕円を測定するには不充分である。

本発明は衛星または同様物体の質量関連特性の総てを一定の単一の配向、好まし くは垂直配置で、単一の操作により測定するのを可能にすることにより、これら の欠点を緩和する。

本発明による測定装置はそれぞれ垂直および水平軸線を持つ振動自由振り子を構 成する２個の重畳した装置から本質的に成る。

本発明は所定の一定配向で保持された物体の質量、重心の位置および慣性モーメ ントを測定する測定装置を提案するものであって、物体の収容テーブルをベース により担持し、テーブルは復帰手段により弾性的に戻される安定平衡角位置の両 側へテーブルに対して法線方向の実質的に垂直な軸線に関して振動するよう装着 され、テーブルとベースはベースに関するテーブルの角位置を感知するセンサと テーブルをベースへ錠止する錠止め子とを備えた測定装置において、ベースはス タンドにより担持された可動構造体により担持され、スタンドはテーブルの法線 が垂直になりかつ可動構造体が第２復帰手段により弾性的にその方へ戻されると ころの安定平衡角位置の両側へ調節可能な高さで前記垂直軸線と交わる水平軸線 に関して振動するように装着され、スタンドおよび可動構造体はスタンドに関す る可動構造体の角位置を感知するシステム、可動構造体をスタンドに関して安定 平衡位置に錠止する錠止手段、および−間水平振動軸線の高さを調節する手段を 備え、更に物体を可動構造体に関して複数個の角位置に位置決めし錠止する手段 を設けたことを特徴とする測定装置を提案する。

後で判るように、この種の装置は物体の中間的操作なしに、その質量を測定し、 その重心の位置を決定し、その縦慣性モーメントと横慣性モーメントとを測定す るのに使用できる。

物体はその主慣性軸線がテーブルに対して法線方向の軸線と一致するようにテー ブルに装着される。物体は有利にはテーブル上で垂直に配向される。

物体を可動構造体に関して位置決めし錠止する手段は有利にはテーブルをベース に関して錠止する手段と別個であり、ベースに関するテーブルの安定平衡形態で のみ操作状態になるようにベースを設計できる。これにより、これらの錠止手段 の構造を簡単化し、関連復帰ばね手段を非対称的に負荷する形態にテーブルを錠 止する必要性を回避できる。

物体を可動構造体に関して有利に錠止する手段は有利には、テーブルに対して法 線方向の軸線と一致する軸線の回りに回転可能であり、かつ一時錠止手段を備え たリングから成る。リングは物体とテーブルとの間に配置できるが、有利にはベ ースと可動構造体との間に配置され、しかしてその慣性はテーブルをベースに関 して振動することにより行われる慣性測定に影響しない。

有利には圧縮空気システムを設けてテーブルがベースに関して振動するときに振 動の摩擦減衰を減少すべくテーブルを空気クッションで支持する。

テーブルは、法線方向に（ＢＥＮＤｉＸ装置）にまたは放射方向に配置されかつ 事実上の振動枢支部および復帰ばねを形成する一連の板ばねによりベース上で振 動するように装着される。

ＢＥＮＤＩＸ装置は衛星の縦慣性モーメントを測定する周知装置において周知で ある。

テーブルおよびベースへ連結された位置センサに周期計（ｐｅｒｉｏｄ鳳ｅｔｅ ｒ）を関連させるのが有利である。これは振動振幅が慣性モーメントの計算に関 係ないならば振動周期の測定に充分である。これはまたスタンドに関する可動構 造体の位置を感知するセンサにも適用される。センサは有利には無接触型である 。

テーブルをベースに関しておよび／または固定構造体をスタンドに関して振動さ せるために任意周知の型の装置が設けられる。

可動構造体は好ましくは、ベースへ連結されたフレームを含み、ベースを上記回 転可能リングによりフレームに関して回転させる任意の装置を設け、これは配向 制御装置により配向が制御されスタンドへ連結された２枚の板上でスライドする スキッドに載置される。スキッドは好ましくは、水平振動軸線と平行であり、か つ板の平行溝に挿入されたテーブル軸線に関して対称な２個の細長いシューであ り、シューは板の平行溝内で復帰ばねに抗して板の平面内で横方向に動（ことが できる。復帰ばねは好ましくは可動であり異なるＭ直性の他のばねと置換できる 。

フレームは有利には、水平軸線と平行でテーブル軸線に関して対称な軸線を持つ 関節によりスキッドへ連結され、その結果スキッドは同じ瞬間振動振幅を持つよ うなスキッドの組み合わせ運動を生じる。

スキッドは好ましくは、振動振幅の摩擦減衰を減少すべく板の溝において空気ク ッションで支持される。

板におけるスキッドの安定平衡位置は好ましくは、バランスの理由で瞬間水平振 動軸線を含む垂直平面に関して対称である。

配向可能板は有利には、スキッドをフレームへ関節接続した軸線の近傍の軸線の 回りでスタンドへ関節接続される。

それらは好ましくは、一般に関節軸線と平行な垂直対称平面に配置された傾斜制 御装置の方へ指向した腕を備え、これは瞬間振動軸線の前記高さ調節手段を構成 する。かかる腕は好ましくは各板に１個ずつ、計２個設けられ、関節軸線に対し て法線方向の垂直平面に配置される。

腕は好ましくは、関節軸線と平行な少なくとも１個の水平フィンガを形成するフ ォークにおける垂直対称平面の近くに終わり、フィンガの高さは板傾斜制御装置 の一部である制御ピストンおよびシリンダ作動器により制御される。

例えば、このフィンガはこの作動器のピストンへ連結される。

配向制御装置は好ましくは、板、故にスキッドを共通水平平面に載置する。

また本発明はその積載されたペイロードを持つが燃料を持たない垂直に配置され た衛星の質量関連特性の測定にこの装置を応用することに関する。

この装置では、好ましくは、周知の質量、慣性モーメントおよび重心校正体を関 連させてセンサまたは周期計を校正し、記録された測定信号の校正を可能にして 物体自体の質量関連特性を減少し、装置の可動部分くテーブル、ベース、可動構 造体、回転リング）の好ましくない影響を除去する。

装置は有利には、物体の質量関連特性の完全な測定サイクルを自動的に行う自動 制御ユニットを備える。

添付図面に関して非限定的な例としての以下の記載は、本発明を有利に実施し、 使用する態様を説明する。図面において、 第１図は本発明による装置の模式側面図である；第２図は水平振り子の２個の空 気キッドの詳細図である第３図は水平振り子の斜面図である； 第４図は第１実施例における装置の垂直振り子の事実上の垂直枢支システムの斜 面図である： 第５図は第２実施例の同様の斜面図である。

第１図にはテーブル２へ固定した被測定物体１（主垂直慣性軸線０°２°を含む 参照フレームにより規定されている）が示され、その軸線ｏ’ｚ’はテーブルの 収容面に体して法線方向の軸線Ｏ２と一致する。テーブルはベース３へ連結され 、軸線Ｏ２の回りに自由に振動できる。従来の態様で、この連結は法線方向に（ 第４図）または放射方向に（第５図）配置サレ、軸線Ｏ２を持つ事実上の枢支部 として、および復帰ばねとして役立つ一連の板ばね２１または２２により行われ る。

周知の型の手段（図示せず）によりテーブル２とベース３との間に圧縮空気を注 入して部品２と３の間の摩擦を非常に少なくして負荷（２−ｉ−１）を支持する 。

テーブルとベースには、角位置センサ３Ａおよび少なくとも振動周波数を表す信 号を伝送する周期計３Ｂおよび錠止装置３Ｃが関連している。これらの素子は適 当な周知の型のものである。

得られる自由振り子（１＋２）−３は垂直軸線を有し、振動周期が測定され校正 質量により得られる振動周期と比較されるが、これにより軸線０°２“に関する 物体１の慣性モーメントを計算することが可能になる。

ベース３はＯ２と一致する軸線の回りに回転可能なリング４により長方形フレー ム（または可動構造体）５へ連結され、リング４はこれをフレーム５に関して一 時的に錠止する手段４Ａを備える。有利には、これはその回転中、圧縮空気によ り支持される。

長方形スタンド６が置かれている。フレーム５はスタンドの水平軸線Ｏｘに対し て平行な方向に細長い２個の支持スキッド１０を通じてスタンド６に載置され、 スキッドは配向可能板１１に形成した溝１１Ａ内で軸線Ｏｘに対して法線方向に 可動であり、板１１上でスキッドは１３で接続された一連の管（図示せず）に支 持された軸線ｏｘ、　ｏｚ対して法線方向にスライドする。板１１上でスキッド がスライドする平面においてスキッドの両側に配置された対称な組のばね１４は 、スキッド１０を板１１に関して中央位置へ復帰させる。

無接触変位センサ２０および板１１へ固定した周期計は、板に関するスキッド１ ０の瞬間位置をＯｘに対して法線方向に測定し、物体１の振動周期または物体の 静的位置を決める。フレーム５はこの場合ｏｘ、　ｏｚに対して法線方向にスキ ッドの平面内で可動な板である部材２３によりスタンドに関して錠止できる。

板１１はスタンド６に関して固定された軸線１５の回りに関節接続され、スキッ ド１０は軸線１５の近くで軸線１６の回りに関節接続され、フレーム５に関して 固定される。

軸線１５．１６は軸線Ｏｘに対して平行であり、またテーブル２の垂直平面Ｏｘ ｚに関して対称である。板、故にまたスキッドは変化できるレベルで軸ａＯＺ上 に位置する点において第２図の平面内で収斂し板１１へ一体的に連結された２個 の腕１７．１８を含む装置により平面Ｏｘｚに対して対称に同時に配向できる。

腕１７．１８は中央の垂直なピストンおよびシリンダ作動器１９により高さを調 節できるフィンガ１９Ａを校正するフォーク１７Ａ、１８Ａにおける軸線Ｏ２の 近くに終わる。

軸線１５を通るスキッドに対して法線方向の平面の交叉により規定された直線Δ はばね１４により生じる復帰力の作用に起因するスキッドの可動部分の振動運動 時の物体１の瞬間回転軸線を構成し、負荷は摩擦を最小にすべ（空気膜１２によ り支持され、側方に案内される。

板は平面Ｏｘｚに関して対称に配向されるから、この直線は軸線０２と交わる。

振動運動の周期を測定することにより、この直線に関する物体１の慣性モーメン トを測定することができる。

作動器１９により２つの空気スキッドの配向を変更することにより、軸線Δを物 体１に関して軸線Ｏ２に沿って動かし、物体１の慣性モーメントおよび平行軸線 に関する素子２．３．４．５の慣性モーメントの一連の値を得ることができる。

この慣性モーメントの最小値は組み合わせ１１十２＋３＋４＋５の重心を通る軸 線に対応し、この組み合わせは修正後に物体１のみの重心の２座標を決めること を可能にする。

物体１を回転リング４により軸線０に関して異なって配向して同じ測定を反復す ることにより、中央の横慣性楕円を決めることができる。

スキッドを同一平面にあるように配向することにより、゛　並進振動が得られ、 その周期を参照質量と比較することにより、素子２．３．４．５の質量を減じた 後の物体１の質量を決めることができる。

回転リング４により得られるＯ２の回りの物体１の異なる角位置に対して物体１ の平衡位置を測定することにより、物体１の重心のｘ、ｙ、ｚ座標を決めること ができる。Ｘ。

ｙ座標は物体１へ固定される静的平衡塊体を付加することにより相殺できる。

この装置の各種機能を次に示す。

作動器１９の操作および位置感知； 回転リング４の回転および位置感知； をコンピュータ３０により適当な態様で管理でき、任意の物体の質量関連特性の 測定を自動化できる。このコンピュータのソフトウェアは上記から容易に演鐸さ れる。

国際調査報告 国際調査報告 ＦＲ８８００４０６ Ｓ＾　２３７７９

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．所定の一定配向で保持された物体（１）の質量、重心の位置および慣性モー メントを測定する測定装置であって、物体の収容テーブル（２）をベース（３） により担持し、テーブルは復帰手段（２１、２２）により弾性的に戻される安定 平衡角位置の両側へテーブルに対して法線方向の実質的に重直な軸線に関して振 動するよう装着され、テーブルとベースはベースに関するテーブルの角位置を感 知するセンサ（３Ａ）とテーブルをベースへ錠止する錠止素子（３Ｃ）とを備え た測定装置において、ベース（３）はスタンド（６）により担持された可動構造 体（５）により担持され、スタンドはテーブルの法線が垂直になりかつ可動構造 体が第２復帰手段（１４）により弾性的にその方へ戻されるところの安定平衡角 位置の両側へ調節可能な高さで前記垂直軸線と交わる水平軸線に関して振動する ように装着され、スタンドおよび可動構造体はスタンド（６）に関する可動構造 体の角位置を感知するシステム、可動構造体をスタンドに関して安定平衡位置に 錠止する錠止手段、および瞬間水平振動軸線の高さを調節する手段を備え、更に 物体を可動構造体に関して複数個の角位置に位置決めし錠止する手段を設けたこ とを特徴とする測定装置。
2. ２．物体を可動構造体に関して位置決めし錠止する手段（４，４Ａ）は有利には テーブルをベースに関して錠止する手段（３Ｃ）と別個であることを特徴とする 請求項１記載の装置。
3. ３．物体を可動構造体に関して位置決めし錠止めする手段（４，４Ａ）は有利に はテーブルに対して法線方向の軸線と一致した軸線の回りに回転可能でかつ一時 錠止部材（４Ａ）を備えたりング（４）を含むことを特徴とする請求項２記載の 装置。
4. ４．リング（４）はベース（３）と可動構造体（５）との間に配置されたことを 特徴とする請求項３記載の装置。
5. ５．有利には圧縮空気システムを設けてテーブルがベースに関して振動するとき にテーブルを空気クッションで支持することを特徴とする請求項１ないし４のい ずれか一つに記載の装置。
6. ６．テーブルは、法線方向にまたは放射方向に配置されかっ事実上の振動枢支部 および復帰ばねを形成する一連の板ばね（２１）によりペース上で振動するよう に装着されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の装置。
7. ７．テーブル（２）およびベース（３）へ連結された位置センサに周期計（３Ｂ ）を関連させたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の装置 。
8. ８．可動構造体は配向制御装置（１９）により配向されるスタンド（６）へ連結 された２枚の板（１１）上でスライドするスキッド（１０）に載置されたベース へ連結されたフレーム（５）を含ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか 一つに記載の装置。
9. ９．スキッドは好ましくは、水平振動軸線（Δ）と平行であり、かつ板の平行溝 に挿入されたテーブルの軸線（ＯＺ）に関して対称な２個の細長いシューであり 、シューは板の平行溝内で復帰ばね（１４）に抗して板の平面内で横方向に動く ことができることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. １０．フレームは（５）は水平振動軸線と平行でテーブル軸線に関して対称な軸 線を持つ関節（１６）によりスキッド（１０）へ連結されたことを特徴とする請 求項８または９記載の装置。
11. １１．スキッド（１０）は板の溝において空気クッション（１２）で支持される ことを特徴とする請求項８記載の装置。
12. １２．板におけるスキッドの安定平衡位置は瞬間水平振動軸線を含む垂直平面に 関して対称であることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか一つに記載の 装置。
13. １３．配向可能板（１１）はスキッドをフレーム（５）へ関節接続した軸線の近 傍の軸線の回りでスタンドへ関節接続する関節軸線（１６）の近くの関節軸線（ １５）の回りにスタンド（６）へ関節接続されることを特徴とする請求項８ない し１２のいずれか一つに記載の装置。
14. １４．板は好ましくは、一般に関節軸線と平行な垂直対称平面に配置された傾斜 制御装置（１９）の方へ指向した腕を備え、これは瞬間振動軸線の高きを調節す る前記手段を構成することを特徴とする請求項１３記載の装置。
15. １５．好ましくは各板に１個ずつ、計２個の腕（１７、１８）が設けられ、関節 軸線に対して法線方向の垂直平面に配置されることを特徴とする請求項１４記載 の装置。
16. １６．腕は関節軸線と平行な少なくとも１個の水平フィンガ（１９Ａ）を形成す るフォーク（１７Ａ，１８Ａ）における垂直対称平面の近くに終わり、フィンガ の高さは板傾斜制御装置を構成する制御ピストンおよびシリンダ作動器（１９） により制御されることを特徴とする請求項１４または１５記載の装置。
17. １７．フィンガ（１９Ａ）は作動器のピストンへ連結されたことを特徴とする請 求項１６記載の装置。
18. １８．配向制御装置（１９）は板、故にスキッドを共通水平平面に置くことを特 徴とする請求項８ないし１７のいずれか一つに記載の装置。
19. １９．テーブル（２）とベース（３）とへ連結した位置センサ（３Ａ）に周期計 （３Ｂ）を関連させたことを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか一つに記 載の装置。
20. ２０．物体の質量関連特性を測定する完全なサイクルを自動的に行う自動制御お よび監視ユニット（３０）を備えたことを特徴とする請求項１ないし１９のいず れか一つに記載の装置。
21. ２１．主縦慣性軸線がテーブルに対して法線方向の軸線に一致するほうに垂直に 配置されたドライな衛星（１）の質量関連特性の測定に適用される請求項１ない し２０のいずれか一つに記載の装置。