CN106314830A - 航天器舱段间点式分离的地面试验方法 - Google Patents
航天器舱段间点式分离的地面试验方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种航天器舱段间点式分离的地面试验方法，包括以下步骤：步骤一：首先调试气浮试验平台，装配试验工装，通过气浮脚垫的螺纹连接调节高度，维持舱段模拟件的水平度；步骤二：采用电磁铁解锁，安装相同规格弹簧推杆，不安装分离插头的条件下进行解锁分离试验；用继电器控制两边电磁铁同时断电分离，测得同步解锁条件下舱段模拟件的分离速度，便于与不同步解锁试验作对比；步骤三：电磁铁同时断电分离，记录靶标的位移变化曲线；步骤四：设置解锁时间差，使第二端的电磁铁先解锁，观察不同解锁时间差对舱段模拟件分离状况的影响，记录靶标的位移变化曲线；步骤五：安装分离插头，重复步骤二，测得同步解锁条件下靶标的位移变化曲线。
Description
技术领域
本发明针对采用点式连接与分离的航天器舱段间的分离任务的验证问题，提出了一种地面试验验证方法，利用该方法可进行点式连接的同步解锁以及不同步解锁分离的试验验证。
背景技术
航天器上需要多种连接机构和分离机构来实现舱段间的连接与在轨分离功能，解锁与分离装置的正常工作是航天器分离的关键一环，对发射任务的成败至关重要。
解锁分离装置在不同阶段需要完成不同状态的功能：航天器发射过程中，解锁装置作为机械紧固件使用，需要承受一定载荷，将独立的两个舱段连接成一个整体；入轨后***接收到分离指令后，解锁装置需要完成解锁，并配合分离装置使被连接的部分可靠分离。对于同时使用多个分离螺母的点式分离装置，解锁装置的解锁同步性对航天器舱段分离的能否正常工作具有重大影响。切合航天器当前的应用需要，本发明将针对航天工程实践中提出的使用多个解锁机构的点式分离装置设计，用于的进行航天器舱段间解锁与分离功能及性能指标验证工作，同时可用于开展解锁不同步性对解锁与分离影响性研究工作。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种针对不同初始条件下，点式解锁分离装置工作性能的地面试验方法。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种航天器舱段间点式分离的地面试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：首先调试气浮试验平台，装配试验工装，通过气浮脚垫的螺纹连接调节高度，维持舱段模拟件的水平度；所述试验工装为组装式试验工装，可以根据型号需要，更换不同的连接环模拟件、解锁分离装置或测量设备，便于重复使用，具有普遍适用性和高利用率。
步骤二：采用电磁铁解锁，安装相同规格弹簧推杆，不安装分离插头的条件下进行解锁分离试验；用继电器控制两边电磁铁同时断电分离，测得同步解锁条件下舱段模拟件的分离速度，便于与不同步解锁试验作对比；
步骤三：电磁铁同时断电分离，记录靶标的位移变化曲线；
步骤四：设置解锁时间差，使第二端的电磁铁先解锁，观察不同解锁时间差对舱段模拟件分离状况的影响，记录靶标的位移变化曲线；
步骤五：安装分离插头，重复步骤二，测得同步解锁条件下靶标的位移变化曲线；
步骤六：设置解锁时间差，使第二端的电磁铁先解锁，测得不同步解锁条件下靶标的位移变化曲线；
步骤七：设置解锁时间差，使第一端的电磁铁先解锁，测得不同步解锁条件下靶标的位移变化曲线；
步骤八：在安装分离插头的一端使用初始压缩力大、弹簧刚度较小的弹簧推杆，重复步骤五、步骤六、步骤七，测得靶标的位移变化曲线；
步骤九：拆除两端的电磁铁，采用气动分离螺母作为解锁装置，重复步骤五，测得同步解锁条件下靶标的位移变化曲线；
步骤十：安装相同规格的弹簧推杆，重复步骤九；
步骤十一：拆除分离插头，重复步骤九；
步骤十二：先为第二端分离螺母充气解锁，测得一端解锁后靶标的位移变化曲线；待运动达到稳定状态时，为第一端分离螺母充气解锁，观察分离螺母能否顺利抽出，以及此时靶标的位移变化曲线。
优选地，所述试验工装为组装式试验工装，可以根据型号需要，更换不同的连接环模拟件、解锁分离装置或测量设备，便于重复使用，具有普遍适用性和高利用率。
优选地，所述解锁装置分别采用电磁铁和分离螺母，分离装置采用弹簧推杆，为了与星上状态对应，在舱段模拟件的一端安装了分离电插头；采用电磁铁解锁时，通过继电器设置解锁时间差，默认情况下为第一端设置延迟时间，使第二端先解锁。
优选地，所述气浮脚垫的数量为八组，两部分舱段模拟件上分别安装了四组气浮脚垫，通过气浮脚垫两个部分的螺纹连接调节高度，维持舱段模拟件的水平度；使用两台空压机作为气源，分别带动四组气浮脚垫，稳定时满足四路气路保持在0.5MPa的气压值工作。
优选地，所述舱段模拟件加配重的总重量按照星舱质量等比缩小。
优选地，所述步骤十二将高速摄影机悬挂于顶端，用于俯拍整个解锁分离过程，在舱段连接环局部模拟件上贴测试靶标和标尺，设置摄像频率为1000帧/秒；通过高速摄影机可以直接获得四个靶标相对于各自初始位置的运动速度以及两个相对靶标之间的距离变化，经过数据分析处理，获得连接环之间的最大张开距离，质量模拟件的运动偏移角度，X、Y轴两个方向的分离速度等参数。
优选地，所述航天器舱段间点式分离的地面试验方法采用四组激光位移计，量程均为300mm，分别放置于两个连接环模拟件两端，在连接环模拟件两端的相应位置上各粘贴两个铝片作为靶标，激光位移计采用交错的方式放置于连接环模拟件两边，避免分离运动过程发生碰撞。
本发明相比于现有技术，具有以下的优点和积极效果：
一、本发明采用组装式试验工装，可以根据型号需要，更换不同的连接环模拟件、解锁分离装置或测量设备，便于重复使用，具有普遍适用性和高利用率。
二、本发明采用成熟的测量设备，分别采用激光位移计和高速摄影机测量，可以将两组数据进行对比，以获取更精准的测试结果；
三、本发明采用高速摄影测量，便于后期进行查看分析，精度达到毫秒级，可以观测到分离螺母螺杆抽出过程和连接环模拟件的变形情况。
四、从工程实际的角度出发，本发明的试验方法灵活，相对于整星分离试验而言大大降低了难度，具有较强操作性。
五、本发明有针对性地进行解锁分离产品的工作性能测试，并重点对不同步解锁条件对舱段分离姿态的影响进行了研究。
六、本发明提出了一种针对不同步解锁条件下解锁分离装置工作性能的地面试验方法，针对解锁分离装置单独工作时的工作性能，解锁分离装置组合体整体的工作性能，以及在不同步解锁条件下分离面的变形情况和对舱段分离姿态的影响进行了研究，为验证解锁分离地面试验方法提供依据。
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为本发明试验工装俯视图；
图2为本发明解锁分离装置布局图；
图3为本发明连接环布局截面图；
图4为本发明试验工装分离示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。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。
本发明航天器舱段间点式分离的地面试验方法采用连接环模拟件1、舱段模拟件2、高速摄影靶标3、激光位移计4、配重5、气浮脚垫6、气动分离螺母7、电磁铁8、弹簧推杆9、分离电插头10，搭建了舱段分离气浮试验平台，分别测试了解锁分离装置在同步解锁和不同步解锁情况下，舱段质量模拟件的分离运动速度和位移变化情况。
请同时参阅图1至图4。本发明航天器舱段间点式分离的地面试验方法包括以下步骤：
步骤一：首先调试气浮试验平台，装配试验工装，通过气浮脚垫的螺纹连接调节高度，维持舱段模拟件的水平度，以减小试验过程影响舱段模拟件分离状况的干扰因素。所述气浮脚垫的数量为八组，两部分舱段模拟件上分别安装了四组气浮脚垫，通过气浮脚垫两个部分的螺纹连接调节高度，维持舱段模拟件的水平度；使用两台空压机作为气源，分别带动四组气浮脚垫，稳定时可以满足四路气路保持在0.5MPa的气压值工作。所述舱段模拟件加配重的总重量按照星舱质量等比缩小。
步骤二：采用电磁铁解锁，安装相同规格弹簧推杆，不安装分离插头的条件下进行解锁分离试验；用继电器控制两边电磁铁同时断电分离，测得同步解锁条件下舱段模拟件的分离速度，便于与不同步解锁试验作对比；
步骤三：电磁铁同时断电分离，记录靶标的位移变化曲线，靶标位置如图1所示；
步骤四：设置10ms、100ms等解锁时间差，使第二端K2的电磁铁先解锁，观察不同解锁时间差对舱段模拟件分离状况的影响，记录靶标的位移变化曲线；
步骤五：安装分离插头，重复步骤二，测得同步解锁条件下靶标的位移变化曲线；
步骤六：设置100ms等解锁时间差，使第二端K2的电磁铁先解锁，测得不同步解锁条件下靶标的位移变化曲线；
步骤七：设置100ms等解锁时间差，使第一端K1的电磁铁先解锁，测得不同步解锁条件下靶标的位移变化曲线；
步骤八：在安装分离插头的一端使用初始压缩力大、弹簧刚度较小的弹簧推杆，重复步骤五、步骤六、步骤七，测得靶标的位移变化曲线；
步骤九：拆除两端的电磁铁，采用气动分离螺母作为解锁装置，重复步骤五，测得同步解锁条件下靶标的位移变化曲线；所述解锁装置分别采用电磁铁和分离螺母，分离装置采用弹簧推杆，为了与星上状态对应，在舱段模拟件的一端安装了分离电插头；采用电磁铁解锁时，通过继电器设置解锁时间差，默认情况下为第一端K1设置延迟时间，使第二端K2先解锁。
步骤十：安装相同规格的弹簧推杆，重复步骤九；
步骤十一：拆除分离插头，重复步骤九；
步骤十二：先为第二端K2分离螺母充气解锁，测得一端解锁后靶标的位移变化曲线；待运动达到稳定状态时，为第一端K1分离螺母充气解锁，观察分离螺母能否顺利抽出，以及此时靶标的位移变化曲线。所述步骤十二将高速摄影机悬挂于顶端，用于俯拍整个解锁分离过程，在舱段连接环局部模拟件上贴测试靶标和标尺，设置摄像频率为1000帧/秒，即1ms记录一组数据。通过高速摄影机可以直接获得四个靶标相对于各自初始位置的运动速度以及两个相对靶标之间的距离变化，经过数据分析处理，可获得连接环之间的最大张开距离，质量模拟件的运动偏移角度，X、Y轴两个方向的分离速度等参数。
连接环模拟件上的安装接口以及解锁分离装置的分布，与星上保持一致，舱段模拟件加配重的总重量按星舱总质量等比缩小。
本发明采用八组气浮脚垫，对称安装于舱段模拟件上，使用两台空压机作为气源，稳定时可以满足四路气路保持在0.5MPa的工作气压。
本发明采用四组激光位移计，量程均为300mm，分别放置于两个连接环模拟件两端，在连接环模拟件两端的相应位置上各粘贴两个铝片作为靶标，激光位移计采用交错的方式放置于连接环模拟件两边，避免分离运动过程发生碰撞。
高速摄影机悬挂于顶端，设置摄像频率为1000帧/秒，用于俯拍整个解锁分离过程，记录每1ms靶标之间的位移变化。
分别采用电磁铁和分离螺母作为解锁装置，采用电磁铁解锁时通过继电器设置解锁时间差，可测试不同步解锁条件对舱段分离姿态的影响；采用分离螺母解锁时可模拟星上的解锁状态。
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。
Claims (7)
1.一种航天器舱段间点式分离的地面试验方法，其特征在于，所述航天器舱段间点式分离的地面试验方法包括以下步骤：
步骤一：首先调试气浮试验平台，装配试验工装，通过气浮脚垫的螺纹连接调节高度，维持舱段模拟件的水平度；
步骤二：采用电磁铁解锁，安装相同规格弹簧推杆，不安装分离插头的条件下进行解锁分离试验；用继电器控制两边电磁铁同时断电分离，测得同步解锁条件下舱段模拟件的分离速度，便于与不同步解锁试验作对比；
步骤三：电磁铁同时断电分离，记录靶标的位移变化曲线；
步骤四：设置解锁时间差，使第二端的电磁铁先解锁，观察不同解锁时间差对舱段模拟件分离状况的影响，记录靶标的位移变化曲线；
步骤五：安装分离插头，重复步骤二，测得同步解锁条件下靶标的位移变化曲线；
步骤六：设置解锁时间差，使第二端的电磁铁先解锁，测得不同步解锁条件下靶标的位移变化曲线；
步骤七：设置解锁时间差，使第一端的电磁铁先解锁，测得不同步解锁条件下靶标的位移变化曲线；
步骤八：在安装分离插头的一端使用初始压缩力大、弹簧刚度较小的弹簧推杆，重复步骤五、步骤六、步骤七，测得靶标的位移变化曲线；
步骤九：拆除两端的电磁铁，采用气动分离螺母作为解锁装置，重复步骤五，测得同步解锁条件下靶标的位移变化曲线；
步骤十：安装相同规格的弹簧推杆，重复步骤九；
步骤十一：拆除分离插头，重复步骤九；
步骤十二：先为第二端分离螺母充气解锁，测得一端解锁后靶标的位移变化曲线；待运动达到稳定状态时，为第一端分离螺母充气解锁，观察分离螺母能否顺利抽出，以及此时靶标的位移变化曲线。
2.根据权利要求1所述的航天器舱段间点式分离的地面试验方法，其特征在于，所述试验工装为组装式试验工装。
3.根据权利要求1所述的航天器舱段间点式分离的地面试验方法，其特征在于，所述解锁装置分别采用电磁铁和分离螺母，分离装置采用弹簧推杆，为了与星上状态对应，在舱段模拟件的一端安装了分离电插头；采用电磁铁解锁时，通过继电器设置解锁时间差，默认情况下为第一端设置延迟时间，使第二端先解锁。
4.根据权利要求1所述的航天器舱段间点式分离的地面试验方法，其特征在于，所述气浮脚垫的数量为八组，两部分舱段模拟件上分别安装了四组气浮脚垫，通过气浮脚垫两个部分的螺纹连接调节高度，维持舱段模拟件的水平度；使用两台空压机作为气源，分别带动四组气浮脚垫，稳定时满足四路气路保持在0.5MPa的气压值工作。
5.根据权利要求1所述的航天器舱段间点式分离的地面试验方法，其特征在于，所述舱段模拟件加配重的总重量按照星舱质量等比缩小。
6.根据权利要求1所述的航天器舱段间点式分离的地面试验方法，其特征在于，所述步骤十二将高速摄影机悬挂于顶端，用于俯拍整个解锁分离过程，在舱段连接环局部模拟件上贴测试靶标和标尺，设置摄像频率为1000帧/秒；通过高速摄影机可以直接获得四个靶标相对于各自初始位置的运动速度以及两个相对靶标之间的距离变化，经过数据分析处理，获得连接环之间的最大张开距离，质量模拟件的运动偏移角度，X、Y轴两个方向的分离速度等参数。
7.根据权利要求1所述的航天器舱段间点式分离的地面试验方法，其特征在于，所述航天器舱段间点式分离的地面试验方法采用四组激光位移计，量程均为300mm，分别放置于两个连接环模拟件两端，在连接环模拟件两端的相应位置上各粘贴两个铝片作为靶标，激光位移计采用交错的方式放置于连接环模拟件两边，避免分离运动过程发生碰撞。
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