一种新型航天器在轨超静失重环境模拟试验系统的制作方法

本发明涉及航天器在轨环境模拟，具体涉及一种新型航天器在轨超静失重环境模拟试验系统。

背景技术：

航天器在轨运行期间，星上转动部件高速转动、大型可控构件驱动机构步进运动、变轨调姿期间推力器点火工作、大型柔性结构进出阴影冷热交变诱发扰动等都会使星体产生抖动响应。大多数航天器都存在微振动扰动源。由于微振动力学环境效应幅值小，对大部分星载设备不会产生明显影响，通常予以忽略。但对高精度遥感卫星，微振动扰动将严重影响其指向精度、稳定度及分辨率等重要性能指标。

卫星平台受到姿态动量轮调整、推力器调姿、太阳帆板调整、相机扫描机构工作等扰振源的单一或综合作用，会导致航天器对微振动环境敏感的系统产生误动作，这种微振动的动能小，频带宽，姿态控制系统很难测控，而且会引起组成空间相机结构和光学系统的各个零件内部的微变形或者相互之间的微位移，影响成像品质。如某型号卫星动量轮在电测过程中引起的微小振动，导致卫星地敏在工作时产生了跳变，从而对其工作性能产生了严重的影响。某型号在地面测试时发现当红外相机与CCD相机共同成像时，红外相机成像时摆扫镜转动引起的低频扰振，通过星体结构耦合到CCD相机，使CCD相机摆镜产生机械振荡，影响了CCD相机成像质量。因此，对于微振动环境的高精度测试技术需求也越来越迫切。为了实现航天器在轨失重环境模拟，完成微振动高精度测试，设计一种大承载隔振平台，在微振动测试过程中，地面传递至航天器的振动干扰，建立固支试验技术状态，将外界振动对测试系统的振动干扰降低至最小水平，从而精确测量航天器本体的运动部件在工作时产生的微振动。

航天器受到姿态动量轮调整、推力器调姿、太阳帆板调整、相机扫描机构工作等扰振源的单一或综合作用，会导致航天器对微振动环境敏感的系统产生误动作，这种微振动的动能小，频带宽，姿态控制系统很难测控，而且会引起组成空间相机结构和光学系统的各个零件内部的微变形或者相互之间的微位移，影响成像品质。为了更加真实地模拟航天器在轨超静失重环境下的工作状态，需在消声试验室的大型承载隔振平台的微振动试验区域设置大承载低刚度柔性悬吊机构。

航天器研制过程中，整星级超静失重微振动试验系统目的在于直接考核敏感载荷主要性能指标是否满足要求。为了尽可能降低外界振动、噪声的影响，保证测试信号的准确性和可靠性，整星级微振动试验必须在超静环境试验室内完成。随着众多携带高分辨相机、高精度载荷的航天器不断开始研发，对于在轨超静失重环境模拟试验系统和微振动问题的深入研究成为需要迫切面对和解决的关键性课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型航天器在轨超静失重环境模拟试验系统，解决了现有技术中在轨微振动环境模拟的技术难点，提高了测试区域对隔振和隔声效果，为高精度大型航天器提供了先进的在轨超静失重微振动测试手段。

本发明通过以下具体方案实现：

一种新型航天器在轨超静失重环境模拟试验系统，包括消声试验室、大承载隔振平台和大承载低刚度悬吊系统，所述消声试验室包括行车、吸声结构、隔声墙、隔振路轨、试验室地基及隔声门，所述大承载隔振平台包括大型隔振平台和空气弹簧隔振器，所述隔声墙与所述试验室地基通过所述隔振路轨连接，所述大型隔振平台与所述试验室地基通过所述空气弹簧隔振器连接，所述吸声结构和所述隔声墙固定连接；所述大承载低刚度悬吊系统包括地基板、台架、悬挂平台、升降横梁、力传感器及拖动机构，所述悬挂平台和所述升降横梁通过所述弹性绳弹性连接，所述悬挂平台通过刚性杆连接，刚性杆上安装所述测力传感器，用于测量悬挂平台的重力，所述拖动机构由拖动配重和转向滑轮通过钢丝绳连接，用于提升所述升降横梁，拖动配重，用于配平悬挂装置空载重量，使得拖动力尽量小；所述试验室地基的上表面四周铺设隔振路轨，隔振路轨上面设置有隔声墙，隔声墙上设置有隔声门，隔声门具有隔声、吸声功能。

优选地，所述大型隔振平台的尺寸为10m×8m，大型隔振平台质量为170000Kg，承载能力为30000Kg。

优选地，所述空气弹簧隔振器的数量为16个，16个空气弹簧隔振器采用均匀支撑形式，每个空气弹簧隔振器设置一个100L外接辅助阻尼气囊(储气罐)，保证系统固有频率为1.3Hz。

优选地，所述大型隔振平台的上表面与所述隔振路轨的上表面在同一水平面，所述大型隔振平台四周的下表面与所述空气弹簧隔振器的上表面固定连接，所述空气弹簧隔振器充气后可使所述隔振平台升高，从而与所述试验室地基分离。

优选地，所述台架通过安装螺钉固定在地基板上，所述地基板固定在大型隔振平台上，所述地基板可以调平，保证台架安装的垂直。

优选地，所述悬挂平台沿圆周方向设有六个均匀的吊挂点，且吊挂点可以在圆周方向一定范围内运动，适应不同吊挂点产品的安装要求。

优选地，所述升降横梁通过台架安装有四根导轨导向，所述升降横梁上设有四个导向点，每个导向点有一个侧向滚轮和一个正向滚轮，所述升降横梁用于整个悬挂装置的升降，方便产品的安装和系统的维护。

优选地，所述弹性绳采用多股绳，所述弹性绳两端均设有死扣，所述升降横梁和所述悬挂平台相对位置均设有可方便拆卸的悬挂挂钩。

优选地，所述台架上安装有4个保险销，在台架不工作时或者处于悬挂状态，所述升降横梁均放在保险销上，保险销承受整个横梁的力，保险销承载大，并为悬臂承载。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明由于采用消声试验室可提高测试区域对固体和空气声隔离效果，为航天器地面力学试验提供一种超静环境。采用大承载隔振平台主要为隔离地面传递至航天器的振动干扰。采用大承载低刚度悬吊系统主要建立悬吊状态下的边界，为航天器模拟一种在轨失重状态，同时隔离外部传递至产品的振动干扰。为航天器微振动试验提供在轨超静失重环境配套条件，模拟航天器在轨失重状态和超静环境，提高微振动测试区隔声和隔振效果，满足航天器微振动测试对本底噪声和抑制环境干扰的要求；具体的，

1、本发明由于采用砂石地基，能大大提高地面振动的隔离效果，低频的振动干扰，可利用隔振路轨系统和大承载低刚度隔振平台实现隔离。

2、本发明通过大承载低刚度隔振平台的空气弹簧隔振器对试验室地基传递的低频振动进行隔离，配合质量块实现双级隔振设计。

3、本发明采用定制的高强度隔声屋顶、复合结构墙体，墙体之间采用吸声材料填充，隔绝结构传递，提高墙体隔声，加强空气声的隔离效果。

4、本发明采用金属吸声尖劈覆盖在四周隔声墙和房顶上，有效降低测试区域内的背景噪声，满足微振动试验的本底噪声要求。

5、本发明悬吊系统设计了可升降横梁，更换弹性绳、维修安装在横梁上的设备很方便。

6、本发明悬吊系统横梁较重，在提升升降过程中，采用了配重法，需要拖动电机功率很小，减小了拖动钢丝绳的负载，使得系统更加安全；

7、本发明悬吊系统采用了调整刚度的方法。在设计中将弹性绳分为多股，在一个圆盘上均匀分布，弹性绳两边有扣，只需要挂在两边固定盘上的挂钩上，安装和装卸方便。

8、本发明悬吊系统设计了一个可升降的横梁，虽然造价较高，但是弹性绳更换方便、安全，系统维护也方便、安全。较好地解决了系统的安装、更换、维修等问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的局部组件大型隔振平台结构示意图；

图3为本发明的局部组件消声试验室结构示意图；

图4为本发明的局部组件悬吊系统结构示意图；

图中：1-消声试验室，2-大承载隔振平台，3-大承载低刚度悬吊系统。4-隔振平台，5-空气弹簧隔振器，6-行车，7-吸声结构，8-隔声墙，9-隔振路轨，10-试验室地基，11-隔声门，12-地基板，13-台架，14-悬挂平台，15-升降横梁，16-力传感器，17-弹性绳，18-拖动机构。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例涉及一种新型航天器在轨超静失重环境模拟试验系统，包括消声试验室1、大承载隔振平台2和大承载低刚度悬吊系统3，所述消声试验室1包括行车6、吸声结构7、隔声墙8、隔振路轨9、试验室地基10及隔声门11，所述大承载隔振平台2包括大型隔振平台4和空气弹簧隔振器5，所述隔声墙8与所述试验室地基10通过所述隔振路轨9连接，所述大型隔振平台4与所述试验室地基10通过所述空气弹簧隔振器5连接，所述吸声结构7和所述隔声墙8固定连接；所述大承载低刚度悬吊系统3包括地基板12、台架13、悬挂平台14、升降横梁15、力传感器16及拖动机构18，所述悬挂平台14和所述升降横梁15通过所述弹性绳17弹性连接，所述悬挂平台14通过刚性杆连接，刚性杆上安装所述测力传感器16，用于测量悬挂平台14的重力，所述拖动机构18由拖动配重和转向滑轮通过钢丝绳连接，用于提升所述升降横梁15，拖动配重，用于配平悬挂装置空载重量，使得拖动力尽量小；所述试验室地基10的上表面四周铺设隔振路轨9，隔振路轨9上面设置有隔声墙8，隔声墙8上设置有隔声门11，隔声门11具有隔声、吸声功能。

所述整星级消声试验室可提高测试区域对固体和空气声隔离效果，为航天器地面力学试验提供一种超静环境；所述大承载隔振平台主要为隔离地面传递至航天器的振动干扰；所述大承载低刚度悬吊系统主要建立悬吊状态下的边界，为航天器模拟一种在轨失重状态，同时隔离外部传递至产品的振动干扰。本发明为完成航天器微振动试验提供在轨超静失重环境配套条件，模拟航天器在轨失重状态和超静环境，提高微振动测试区隔声和隔振效果，满足航天器微振动测试对本底噪声和抑制环境干扰的要求。

进一步地，所述空气弹簧隔振器5采用双腔体结构，气囊厚度1.5mm，工作行程小于10mm。防止微小振动通过气囊本身传递给质量块，保证系统固有频率的稳定。

进一步地，所述通过16个均布空气弹簧隔振器5，每个空气弹簧隔振器设置一个100L外接辅助阻尼气囊储气罐，保证系统固有频率为1.3Hz。隔振系统中配备水平调节阀，可以使隔振平台负载发生变化时，自动调节水平。

进一步地，所述消声试验室1吸声结构采用金属吸声尖劈7，吸声材料本身具备难燃性、高温稳定性和柔韧性，不挥发、不脱落，满足本底噪声要求。

进一步地，所述隔声门8具有隔声和吸声功能，由隔声门和吸声板门组成，其隔声量须等同于墙体隔声水平。

进一步地，所述消声试验室1墙面和屋顶以及地面铺设6面环氧，保证消声试验室防静电和防止掉尘。

进一步地，所述隔振路轨9的材质为全金属不锈钢，保证在潮湿、高温、高油等恶劣环境下不会发生生锈、腐蚀、失效等问题，为有效隔绝弹性基础的振动对整个试验室地面的影响，在所述隔振路轨9之间的空隙填充吸声材料，保证隔振效率达到最优。

进一步地，所述隔声墙8配置3个专业用于密封的穿墙隔声套管，为试验室里各种试验所需的信号线缆做穿墙处理，避免外面噪声传入试验室内，保证室内本底噪声要求。

进一步地，所述隔振平台4和所述基础地基之间设置检修通道，方面安装和维修。所述隔振路轨9与隔振平台之间设置玻璃钢盖板，盖在所述检修通道上方。

进一步地，所述行车6采用特殊吸声结构进行声学处理，配备防滴油装置；所述隔振路轨9上铺设钢板，钢板上建造所述隔声墙8，所述隔声门11由隔声板门和吸声板门组成，其隔声量等同于墙体隔声水平，采用电动开启形式，采用组合拼装式门框结构，保证关闭的密封性，所述大型隔振平台4采用钢筋混凝土结构，使用钢模浇筑；所述刚性杆上还安装3个测力传感器16，测量悬挂平台下面力和相对中心的XY平面质心位置。所述测力传感器16和弹性绳安装盘以及下面的承力柱之间采用柔性铰链连接，补偿配合误差或者倾斜造成的测量误差。

本具体实施使用时，模拟整星在轨超静失重微振动环境。航天器试验产品通过悬吊系统最终实现产品的悬吊连接，悬吊系统是固定在各镇平台上，空气弹簧隔振器5充气使隔振平台4气浮在基础地基上，调平衡关闭隔声门11。超静失重微振动试验进行时，对地面振动和气流、声音等进行双隔离，高频信号通过基础地基和隔振平台进行有效隔离，低频信号通过空气弹簧隔振器5和悬吊系统3进行隔离，噪声通过消声室1的消声结构进行有效衰减，并可以进一步保证试验区的噪声水平，提高微振动测试试验的精度。

另一方面，当试验产品内部的运动部件工作过程中产生扰动时，隔振平台4和空气弹簧隔振器5以及悬吊系统3会把振动信号与地面隔离，便于振动响应测量设备进行采集，吸声结构能保证空气中传递的振动信号不产生反射和叠加，避免噪声信号的干扰，有利于高精度的振动信号采集与分析。

本发明实施例提供的一种新型航天器在轨超静失重环境模拟试验系统能大大降低航天器微振动试验室的背景噪声水平，高精度地模拟航天器在轨超静环境和力学状态，能够满足航天器高精度微振动试验的测试要求，具有结构简单、试验准备工作少、地基隔振频率可通过空气弹簧隔振器动态调整等优点，可快速实现高精度的航天器在轨超静环境模拟。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。