一种载人航天器舱段对接面间隙测量工装及方法与流程

1.本发明涉及航天器总装测量用工装设计领域，尤其涉及一种载人航天器舱段对接面间隙测量工装及方法。


背景技术：

2.载人飞船由多个舱段组成，在实际总装过程中是先独立状态下完成各个舱段的总装工作后，将舱段对接形成整船。对于各个舱段连接分离面，在总装过程中为了达到产品设计性能，有一系列严格要求。以返回舱与服务舱对接面为例，对接过程为吊装返回舱舱体，返回舱下方的多组钛管与服务舱上凹槽底面对接配合，落放完成后进行钛管与服务舱连接件的安装。
3.返回舱下方钛管下端面与服务舱上端面为连接分离面，通过直径3.8m圆周上均匀分布的多组钛管完成连接，由于返回舱下部结构为复合材料，容易发生变形，导致多组钛管下端面存在高度差，在对接后与服务舱上端面存在间隙。而钛管为钛合金材料，通过胶结方式固定在防热大底上。如间隙超出设计允许值，在进行舱间连接时会存在钛管胶结强度被破坏，强行拉脱的可能，严重损害产品。
4.钛管与舱体对接面配合方式为凸出钛管落入凹槽内，实际钛管与舱体对接面位于凹槽内，缝隙无法测量。总装过程中要求测量控制钛管下端面与服务舱对接面的间隙小于0.1mm。


技术实现要素：

5.针对目前返回舱钛管与服务舱对接面间隙尺寸有效测量手段的缺失，分析连接件尺寸、对接面周边结构及各种测量工具使用特点，探索一种简便、安全、可行的测量方法，以完成返回舱钛管与服务舱对接面间隙测量工作。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明提供一种载人航天器舱段对接面间隙测量工装，包括：
8.专用底座，所述专用底座的形状适应测量目标位置基准面的大小和形状，能够增大所述专用底座与所述基准面接触面积；
9.杠杆百分表，安装在所述专用底座上。
10.进一步地，所述专用底座的高度满足以下条件：
11.使得所述杠杆百分表安装于所述专用底座后，所述杠杆百分表的测量摆杆放置于测量面上时，所述测量摆杆的轴线与所述测量面的夹角小于15
°
。
12.本发明还提供一种载人航天器舱段对接面间隙测量方法，包括以下步骤：
13.s1：建立基准，将上述载人航天器舱段对接面间隙测量工装放置在返回舱钛管附近，使得所述杠杆百分表的测量摆杆能够接触到服务舱上端面；
14.s2：零位设定，将所述测量摆杆放在服务舱上端面，对所述杠杆百分表进行归零，然后反复测量服务舱上端面相同位置及附近位置，检查所述杠杆百分表显示数字是否为
零，调零后进入下一步，若不是，则重新调零。
15.s3：移动测点，抬起所述测量摆杆，将测量摆杆的测头移动至返回舱钛管上端面，使所述测头与所述返回舱钛管上端面接触；
16.s4：记录高度差，根据所述杠杆百分表的表盘显示，记录高度差；
17.s5：对称测量，更换测量点，在所述钛管的另一侧重复步骤s1-s4。
18.进一步地，还包括步骤s6：进一步测量，设置更多测量点，重复步骤s1-s4。
19.进一步地，步骤s2中，归零的操作具体为，调整表圈使分度盘的0线与指针对齐。
20.进一步地，在移动所述测量摆杆时，要缓慢轻动，不能突然松开或抬起。
21.进一步地，步骤s2中，所述测量摆杆轴线与所述服务舱上端面的夹角小于25
°
。
22.进一步地，步骤s2中，所述测量摆杆与被测面接触时，预先使所述杠杆百分表有一定压缩量，保证所述测量摆杆的测头与被测表面有初始测量压紧力。
23.本发明的有益效果是：
24.本发明通过提供一种测量工装以及配套的方法，解决了载人飞船舱段对接面间隙不可测量的问题，满足了载人飞船舱段对接关键尺寸测量的技术控制，保证了总装工作的顺利进行；
25.测量工装同样可用于类似空间狭小工况高度差测量，测量精度可达0.01mm。
附图说明
26.图1为本发明实施例中返回舱与服务舱机械连接分离面图；
27.图2为本发明实施例中一种专用底座示意图；
28.图3为本发明实施例中一种专用底座示意图；
29.图4为本发明实施例中一种专用底座与杠杆百分表连接螺杆示意图；
30.图5为本发明实施例中一种测量工装示意图；
31.图6为本发明实施例中百分表零位示意图；
32.图7为本发明实施例中基准面测量示意图；
33.图8为本发明实施例中测量面测量示意图；
34.图9为本发明实施例中更换测量点测量示意图；
35.图10为本发明实施例中正确测量做法示意图；
36.图11为本发明实施例中有误差测量做法示意图；
37.图12为本发明实施例中测量误差原理示意图；
38.图中，1-返回舱钛管，2-第一上端面，3-服务舱上端框，4-第二上端面。
具体实施方式
39.为使本发明技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图对本发明实施例的技术方案进行完整地描述。显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描
述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
41.原有测量方为通过标准量块，如图1，利用量块表面平整度贴合返回舱钛管1第一上端面2，然后利用塞尺对量块与服务舱上端框3第二上端面4间隙进行测量，获取高度差。由于钛管上端面为环形平面，且环宽度小于5mm，标准量块多为长方形，使用量块时与环形平面贴合位置又窄又短，无法保持稳定贴合，需要多次重复及尝试，影响测量准确性。
42.针对上述问题，而由于测量目标所在空间狭小，选取杠杆百分表进行相关测量。
43.通常杠杆百分表的使用均为在检验台上对工件进行，使用专用夹持磁性表座，利用测量台的平面度移动表座实现，同时，工件也许使用专用夹具保证测量的要素与测量台的平行关系。
44.而在大型航天器总装过程中，航天器尺寸高度、测量位置等均不允许使用专用测量台进行。因此，针对上述情况，只能通过航天器测量点位置附近结构作为基准来进行测量，而测量点附近结构提供的平面位置尺寸并不规范，同时还有需要避让的螺钉等突出物，需专门进行底座设计。
45.当测量平面时，测杆轴线应尽可能与平面平行，如图10所示；若出现图11所示的做法，则会出现测量误差。因为该测量误差
△
＝a(1-cos a)，其中a为表的读数，a为测杆轴线与测量平面之间的夹角；若a角度较小时该误差也相对较小。所以，在要求不高的情况下，认为a≤15
°
时的测量结果是许可的。
46.误差产生原理如图12，当测量杆轴线与工件表面存在夹角时，其测量结果应进行修正，由图可知，当平面上升距离为a时，杠杆千分表摆动的距离为b，也就是杠杆千分表的读数为b，因为b》a，所以指示读数偏大。
47.因此，为实现测量可实施性并保障精度，通过设计专用底座，利用测量目标附近同一参考面，测量钛管末端上端面与服务舱上端面高度差
△
h，通过与钛管末端厚度尺寸h1及服务舱对接面凹槽深度尺寸h2进行比对，进而获得钛管下端面与服务舱对接面凹槽底面间隙尺寸，并与设计要求值0.1mm进行判断进而决策。
48.考虑测量目标位置附近基准面面大小形状等，可对底座设计不同的形状，如图2、图3所示，有圆形、正方形、长方形等，尽量使可用基准面最大。并通过如图5的连接机构连接底座与百分表，由于杠杆百分表自身运动行程有限，为了保障其测量精度，对底座设计不同高度h，通过底座高度与百分表自身尺寸，舱体上底座贴合的参考面与测量面高度差等，综合分析，获取底座的高度，通过该高度的设计，保障百分表测量摆杆轴线与测量面小于15
°
且尽量小，提高测量准确性。通过形状及高度的设计，拓展测量工具适应工况，保持测量精度。
49.具体测量的一种实施例如下：
50.1、接口确认。依据工艺设计文件确认对接接口匹配，可以实施测量；
51.2、建立基准。如图7，将组装完成的测量模块放置在返回舱钛管附近，以服务舱上端面建立基准。轻轻拨动抬起测杆，将球形测头移至上端面，再缓慢放松测杆，使测头与上端面接触。不允许将测杆抬起后突然松开，容易产生瞬间冲击，给测量引入误差。测杆与上端面的夹角应小于25
°
，这样有利于测头的灵活移动和减少示值误差。当测头与台阶面接触时，预先使杠杆百分表有0.4～0.8mm的压缩量(即指针有0.5圈至1圈左右的摆动量)，保证测头与被测表面有初始测量压紧力，提高示值的稳定性；
52.3、零位设定。杠杆百分表盘为对称分度，为了便于读数，如图6，调整表圈使分度盘的“0”线与指针对齐，然后反复测量相同位置附近2～3次，检查指针是否仍然与“0”线对齐，若未对齐则重新调零；
53.4、移动测点。如图8，轻轻拨动抬起测杆，将球形测头移动至返回舱钛管的上端面，使侧头与钛管上端面接触。。
54.5、记录台阶高度差。读取杠杆百分表示值，如表的分度值为0.01mm，1个分度是0.01mm，若指针对齐10，端面间的高度差为0.1mm。协同设计确认数据，并将数据记录在相应的表格内。
55.6、对称测量。如图9，重复b、c、d、e测量步骤在钛管台阶面的另一侧进行端面间高度差测量。使用相同的测量步骤完成其余钛管部位端面间的高度差测量；
56.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”和“示例”等述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相对的实施例或示例中以合适的方式结合。
57.必须指出，以上实施例的说明不用于限制而只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明进行的任何改进以及与本产品等同的替代方案，也属于本发明权利要求的保护范围内。