一种模拟分离物五个自由度运动的气浮两次试验方法与流程

本发明涉及航天飞行器分离模拟实验技术领域，是一种模拟分离物五个自由度运动的气浮两次试验方法。

背景技术：

随着航天技术的快速发展，航天任务的类型日益复杂，飞行器在轨分离方式呈现多样化，飞行器在轨分离特性直接影响着航天任务的成败。气浮轴承是当前地面试验应用摩擦系数最低的一种器件，摩擦系数μ可以达到0.0005，可以将摩擦造成的能量损耗降低到最小限度，最为真实的模拟空中分离特性。飞行器在轨分离试验不仅效率低，而且成本极高。因此在地面开展飞行器在轨分离特性分析与评价有着重要意义。

技术实现要素：

本发明为解决飞行器在轨分离试验不仅效率低，而且成本极高的问题，本发明提供了一种模拟分离物五个自由度运动的气浮两次试验方法，本发明提供了以下技术方案：

一种模拟分离物五个自由度运动的气浮两次试验方法，所述方法基于一种气浮飞行模拟测试装置，所述装置包括：分离装置、分离物、气浮装置和大理石机架，所述分离物固定在分离装置上，所述分离装置与大理石架连接，所述气浮装置固定在大理石机架上；包括以下步骤；

步骤1：将分离物安装在分离装置上，通过气浮飞行模拟测试装置进行第一次分离试验，开展分离动作时，气浮飞行模拟测试装置触发解锁，分离装置的弹性势能释放对分离物产生相互作用力，分离物与分离装置实现分离；

步骤2：在分离物与分离装置实现分离的同时，启动气浮装置，气浮装置提供浮力抵消分离物的重量，分离物在大理石机架上方平面上运动，实现分离物的x,y,γ3个自由度的模拟；

步骤3：将分离装置拆下，对分离装置的安装角相位调整90度安装，通过气浮飞行模拟测试装置进行第二次分离试验，开展分离动作时，气浮飞行模拟测试装置触发解锁，分离装置的弹性势能释放对分离物产生相互作用力，分离物与分离装置实现分离；

步骤4：在分离物与分离装置实现分离的同时，启动气浮装置，气浮装置提供浮力抵消分离物的重量，分离物在大理石机架上方平面上运动，实现分离物分离物的x,z,β3个自由度模拟。

优选地，通过改变分离物位置实现分离物分离物的x,z,β3个自由度模拟，包括以下步骤：

步骤1.1：将分离物安装在分离装置上，通过气浮飞行模拟测试装置进行第一次分离试验，开展分离动作时，控制系统电信号触发解锁，分离装置的弹性势能释放对分离物产生相互作用力，分离物与分离装置实现分离；

步骤1.2：在分离物与分离装置实现分离的同时，启动气浮装置，气浮装置提供浮力抵消分离物的重量，分离物在大理石机架上方平面上运动，实现分离物的x,y,γ3个自由度的模拟；

步骤1.3：将分离物拆下，然后把分离物沿x轴旋转90度安装在分离装置上，通过气浮飞行模拟测试装置进行第二次分离试验，开展分离动作时，气浮飞行模拟测试装置触发解锁，分离装置的弹性势能释放对分离物产生相互作用力，分离物与分离装置实现分离；

步骤1.4：在分离物与分离装置实现分离同时，启动气浮装置，气浮装置提供浮力抵消分离物的重量，分离物在大理石机架上方平面上运动，实现分离物分离物的x,z,β3个自由度模拟。

优选地，所述气浮装置的摩擦系数μ为0.0005。

本发明具有以下有益效果：

本发明有效的减小了摩擦对分离特性的影响，通过两次试验结果拟合的方式可以达到5自由度的模拟。可以极大的提高了试验台的通用性和试验效率，并且无需用飞行器实物进行试验节约了生产成本、减少了研制周期。

附图说明

图1为气浮飞行模拟测试装置结构图；

图2为第一次试验分离装置与分离物安装示示意图；

图3为第二次试验分离装置与分离物安装示意图；

图4为通过改变分离物位置时第二次试验分离装置与分离物安装示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。

具体实施例一：

本发明提供一种模拟分离物五个自由度运动的气浮两次试验方法，包括以下步骤：

一种模拟分离物五个自由度运动的气浮两次试验方法，所述方法基于一种气浮飞行模拟测试装置，所述装置包括：分离装置、分离物、气浮装置和大理石机架，所述分离物固定在分离装置上，所述分离装置与大理石架连接，所述气浮装置固定在大理石机架上；包括以下步骤；

步骤1：将分离物安装在分离装置上，通过气浮飞行模拟测试装置进行第一次分离试验，开展分离动作时，气浮飞行模拟测试装置触发解锁，分离装置的弹性势能释放对分离物产生相互作用力，分离物与分离装置实现分离；

步骤2：在分离物与分离装置实现分离的同时，启动气浮装置，气浮装置提供浮力抵消分离物的重量，分离物在大理石机架上方平面上运动，实现分离物的x,y,γ3个自由度的模拟；

步骤3：将分离装置拆下，对分离装置的安装角相位调整90度安装，通过气浮飞行模拟测试装置进行第二次分离试验，开展分离动作时，气浮飞行模拟测试装置触发解锁，分离装置的弹性势能释放对分离物产生相互作用力，分离物与分离装置实现分离；

步骤4：在分离物与分离装置实现分离的同时，启动气浮装置，气浮装置提供浮力抵消分离物的重量，分离物在大理石机架上方平面上运动，实现分离物分离物的x,z,β3个自由度模拟。

通过改变分离物位置实现分离物分离物的x,z,β3个自由度模拟，包括以下步骤：

步骤1.1：将分离物安装在分离装置上，通过气浮飞行模拟测试装置进行第一次分离试验，开展分离动作时，控制系统电信号触发解锁，分离装置的弹性势能释放对分离物产生相互作用力，分离物与分离装置实现分离；

步骤1.2：在分离物与分离装置实现分离的同时，启动气浮装置，气浮装置提供浮力抵消分离物的重量，分离物在大理石机架上方平面上运动，实现分离物的x,y,γ3个自由度的模拟；

步骤1.3：将分离物拆下，然后把分离物沿x轴旋转90度安装在分离装置上，通过气浮飞行模拟测试装置进行第二次分离试验，开展分离动作时，气浮飞行模拟测试装置触发解锁，分离装置的弹性势能释放对分离物产生相互作用力，分离物与分离装置实现分离；

步骤1.4：在分离物与分离装置实现分离同时，启动气浮装置，气浮装置提供浮力抵消分离物的重量，分离物在大理石机架上方平面上运动，实现分离物分离物的x,z,β3个自由度模拟。所述气浮装置的摩擦系数μ为0.0005。

具体实施例二：

气浮轴承是当前地面试验应用摩擦系数最低的一种器件，摩擦系数μ可以达到0.0005，可以将摩擦造成的能量损耗降低到最小限度，最为真实的模拟空中分离特性。利用气浮原理搭建的分离试验平台原理如图2所示，为了抵消分离物的重量g，需要气浮装置产生相等的气浮力f浮进行抵消。

分离物开展分离动作时，控制系统电信号触发解锁，分离装置的弹性势能释放对分离物产生相互作用力，分离物与分离装置实现分离。由于材料、制造、装配等诸多因素影响，分离装置各助推弹簧刚度具有差异、分离物质心位置及转动惯量存在偏差等，将会产生α-滚转、β-俯仰、γ-偏航姿态变化。

分离物在大理石机架上表面是平面运动，所以整体的自由度为3。如果想尽可能多的模拟分离物在空中分离时的自由度，那么可以采取两次试验，将结果进行拟合的方式进行，最终能够实现模拟5个自由度。两次试验分别模拟的自由度如表1所示。

上述所提出的两次试验，需要对分离装置的安装角相位调整90度y轴和z轴对调，再次进行分离试验。或者把分离物沿x轴旋转90度，再次进行分离试验。

表1两次试验自由度模拟统计

根据图1至图3所示，分离物2安装在分离装置1上，分离装置上平面5在上，分离装置前平面6在前，分离物上平面7在上，分离装置前平面8在前，然后进行进行第一次分离试验，开展分离动作时，触发解锁，分离装置1的弹性势能释放对分离物2产生相互作用力，分离物2与分离装置1实现分离。分离的同时启动气浮装置3，提供浮力抵消分离物2的重量g，这样的话，分离物2在大理石机架4上方平面上运动。实现了分离物2x,y,γ3个自由度。

把分离装置1拆下，对分离装置1的安装角相位调整90度y轴和z轴对调安装，即分离装置上平面5在前，分离装置前平面6在上，然后进行第二次分离试验，开展分离动作时，触发解锁，分离装置1的弹性势能释放对分离物2产生相互作用力，分离物2与分离装置1实现分离。分离的同时启动气浮装置3，提供浮力抵消分离物2的重量g，这样的话，分离物2在大理石机架4上方平面上运动。这样就模拟了分离物2第二次分离运动试验，实现了分离物2x,z,β3个自由度。

经过两次分离试验，最终实现了分离物2x,y,z,γ,β5个自由度。

根据图1和图4所示，分离物2安装在分离装置1上，分离装置上平面5在上，分离装置前平面6在前，分离物上平面7在上，分离装置前平面8在前，然后进行进行第一次分离试验，开展分离动作时，气浮飞行模拟测试装置触发解锁，分离装置1的弹性势能释放对分离物2产生相互作用力，分离物2与分离装置1实现分离。分离的同时启动气浮装置3，提供浮力抵消分离物2的重量g，这样的话，分离物2在大理石机架4上方平面上运动。实现了分离物2x,y,γ3个自由度。

把分离物2拆下，然后把分离物2沿x轴旋转90度安装在分离装置1上，即分离物上平面7在前，分离装置前平面8在上，然后进行第二次分离试验，开展分离动作时，气浮飞行模拟测试装置触发解锁，分离装置1的弹性势能释放对分离物2产生相互作用力，分离物2与分离装置1实现分离。分离的同时启动气浮装置3，提供浮力抵消分离物2的重量g，这样的话，分离物2在大理石机架4上方平面上运动。这样就模拟了分离物2第二次分离运动试验，实现了分离物2x,z,β3个自由度。

经过两次分离试验，最终实现了分离物2x,y,z,γ,β5个自由度。

以上所述仅是一种模拟分离物五个自由度运动的气浮两次试验方法的优选实施方式，一种模拟分离物五个自由度运动的气浮两次试验方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。