一种悬吊式航天器微振动地面试验自由边界模拟装置的制作方法

1.本发明涉及航天器动力学试验技术领域，尤其涉及一种悬吊式航天器微振动地面试验自由边界模拟装置。


背景技术：

2.自由边界条件是航天器在轨道飞行时所处的力学边界条件，在航天器的地面研制过程中，为获取航天器在轨飞行时的结构动力学特性，并验证航天器在轨飞行执行任务时的高精度技术指标和可靠性，必须在地面对航天器进行模态试验和微振动试验等动力学试验。当在地面对航天器进行试验时，需要模拟航天器在轨飞行时的自由边界条件，理想情况是在悬吊航天器重量的同时，不对航天器施加任何约束力，也就是使航天器在空中处于自由悬浮状态，然而，地面为有重力的环境，这种理想的自由边界条件无法在地面实现，需要采用近似的方法来实现航天器在轨飞行时自由边界条件的模拟。
3.国外对自由边界条件模拟方法的研究比较早，20世纪70年代美国国家航空航天局(nasa)在对无人飞机进行振动测试时，利用橡皮绳和吊车对无人飞机进行悬吊，以模拟飞机飞行时的自由边界条件，然而橡皮绳具有蠕变特性，不能长时间在试验中使用，同时吊车的动力学特性也影响了模拟效果。美国nasa兰利研究中心在20世纪80-90年代进行了近零刚度悬挂技术和装置的研究，近零刚度装置通过不同弹簧的组合和预加载，产生正、负刚度，从而得到零刚度实现自由边界条件的模拟。然而，该装置本身具有非线性特性，只有当试验件处于平衡位置时才能得到期望的自由边界条件，远离平衡位置时自由模拟条件模拟效果较差。20世纪90年代，美国csa工程公司开展了气动/电磁结合悬挂装置的研制，用于结构自由边界条件的模拟，它由两套平行子系统组成，即被动气动系统和主动电磁系统。被动气动系统通过特殊设计的无摩擦力的活塞-气缸支撑试件全部重量，主动子系统用一个长行程、非接触的通电线圈产生电磁力来主动补偿悬挂装置增加的微小质量，该装置涉及气动和电磁装置，构成较复杂且承载能力有限。
4.在国内随着我国航天技术的飞速发展，用于空间结构地面动力学试验的自由边界条件模拟的方法和装置不断丰富，如卫星太阳翼展开用吊架、卫星大型可展开天线悬吊式自由边界模拟装置，同时对美国csa公司的气动/电磁式自由边界条件模拟装置也进行了类似研究。整体而言，与美国等航天强国相比，我国在航天器自由边界条件模拟方法和装置的研究方面仍存在一定的差距。目前还不具备成熟的姿态可调的用于航天器在轨自由边界条件模拟的方法和装置。
5.因此，为了实现航天器地面微振动和模态等动力学试验中在轨自由边界条件的模拟，必须研制相应的装置，解决航天器在轨动力学特性和微振动环境验证的地面试验需求。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种悬吊式航天器微振动地面试验自由边界模拟装置。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
8.一种悬吊式航天器微振动地面试验自由边界模拟装置，包括航天器转接辅助臂、悬吊弹性组件、钢丝绳收放装置、限位保护组件和悬吊用刚性支撑框架，所述悬吊弹性组件通过航天器转接辅助臂与航天器连接，所述航天器转接辅助臂设置有至少三个，至少三个所述航天器转接辅助臂均设置在航天器同一高度的外侧。
9.优选地，所述悬吊用刚性支撑框架包括刚性地基、刚性竖向立柱、斜向加固柱和水平悬吊顶。
10.优选地，所述钢丝绳收放装置包括钢丝绳、钢丝绳卷取装置和可移动挂座，所述钢丝绳卷取装置包括卷轮、编码器和电机，所述可移动挂座与水平悬吊顶连接。
11.优选地，所述悬吊弹性组件包括上盖板、下盖板和弹簧组，所述弹簧组由多根弹簧并联组成，所述下盖板与航天器转接辅助臂连接，所述上盖板与钢丝绳连接。
12.优选地，所述限位保护组件包括限位接口和可移动安装座,所述限位接口安装在可移动安装座上，所述可移动安装座安装在刚性竖向立柱上。
13.优选地，所述航天器转接辅助臂和限位保护组件均采用轻质高强金属材料。
14.优选地，所述悬吊用刚性支撑框架采用金属型材。
15.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
16.1、本技术建立一种姿态可调的悬吊式航天器微振动地面试验自由边界模拟装置，实现航天器地面动力学试验中航天器在轨自由边界条件的模拟，提高航天器动力学试验技术水平，满足航天器特别是高精度对地观测航天器研制过程中在轨动力学特性和在轨微振动环境试验验证需求。
附图说明
17.图1示出了根据本发明实施例提供的一种悬吊式航天器微振动地面试验自由边界模拟装置主体结构示意图。
18.图例说明：
19.1、航天器转接辅助臂；2、悬吊弹性组件；3、钢丝绳收放装置；4、限位保护组件；5、悬吊用刚性支撑框架。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
21.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
22.一种悬吊式航天器微振动地面试验自由边界模拟装置，包括航天器转接辅助臂1、悬吊弹性组件2、钢丝绳收放装置3、限位保护组件4和悬吊用刚性支撑框架5，悬吊弹性组件2通过航天器转接辅助臂1与航天器连接，航天器转接辅助臂1设置有至少三个，至少三个航天器转接辅助臂1均设置在航天器同一高度的外侧，以悬臂梁的形式通过螺栓等机械方式固定，其横截面设置为三角形、四边形等多边形。
23.具体的，如图1所示，悬吊用刚性支撑框架5包括刚性地基、刚性竖向立柱、斜向加固柱和水平悬吊顶，悬吊用刚性支撑框架5是悬吊式自由边界模拟装置的主承力框架；
24.钢丝绳收放装置3包括钢丝绳、钢丝绳卷取装置和可移动挂座，钢丝绳收放装置3设置数量与航天器转接辅助臂1设置数量相同，钢丝绳刚度远大于弹簧组刚度，悬吊时近乎刚性而不发生变形，钢丝绳卷取装置包括卷轮、编码器和电机，用于调节钢丝绳的长度，可移动挂座与水平悬吊顶连接，在悬吊顶上可以发生竖直方向和水平方向的移动，分别通过竖向丝杠及其套筒和水平正交丝杠及其套筒以实现；
25.悬吊弹性组件2包括上盖板、下盖板和弹簧组，悬吊弹性组件2设置数量与航天器转接辅助臂1设置数量相同，弹簧组由多根弹簧并联组成，下盖板与航天器转接辅助臂1连接，上盖板与钢丝绳连接；
26.限位保护组件4包括限位接口和可移动安装座，限位保护组件4通过限制航天器转接辅助臂1的运动以实现对航天器位移的限制，限位保护组件4设置数量与航天器转接辅助臂1设置数量相同，限位接口安装在可移动安装座上，可在安装座上实现水平方向的移动，可移动安装座安装在刚性竖向立柱上，通过竖向丝杠及其套筒实现在刚性竖向立柱上的竖直方向移动；
27.航天器转接辅助臂1和限位保护组件4均采用轻质高强金属材料，航天器转接辅助臂1优选铝合金材料，限位保护组件4选用铝合金或不锈钢材料；悬吊用刚性支撑框架5采用金属型材，悬吊用刚性支撑框架5选用碳钢工字梁或碳钢方管。
28.具体实施步骤中，航天器转接辅助臂1、悬吊弹性组件2、钢丝绳收放装置3和限位保护组件4的数量最少选取三个，建议四至八个；
29.航天器转接辅助臂1、悬吊弹性组件2、钢丝绳收放装置3和限位保护组件4按照在航天器周向每隔45
°‑
120
°
设置一个进行布置。
30.本技术建立一种姿态可调的悬吊式航天器微振动地面试验自由边界模拟装置，实现航天器地面动力学试验中航天器在轨自由边界条件的模拟，提高航天器动力学试验技术水平，满足航天器特别是高精度对地观测航天器研制过程中在轨动力学特性和在轨微振动环境试验验证需求。
31.实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。