CN107340150B - 运载火箭全箭模态试验八点自由悬挂装置及其安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种运载火箭全箭模态试验八点自由悬挂装置及其安装方法，其应用于捆绑式运载火箭及其他适配运载器的模态试验。所述八点自由悬挂装置包括：承力横梁、单点悬挂***、横向稳定***，在承力横梁的每个边横梁上分别悬挂两根单点悬挂***，用以悬挂一个助推器，依靠八个单点悬挂***和一个横向稳定***以实现整个运载火箭的自由‑自由边界的模拟。本发明的所述八点自由悬挂装置及其安装方法可以有效模拟新一代运载火箭的自由‑自由边界，满足运载火箭飞行状态模拟试验的要求。

Description

运载火箭全箭模态试验八点自由悬挂装置及其安装方法
技术领域
本发明涉及一种运载火箭全箭模态试验八点自由悬挂装置及其安装方法，其应用于捆绑式运载火箭及其他适配运载器的模态试验。
背景技术
随着航天技术的不断发展，载人登月工程和空间站建设等需求日益紧迫，这对运载火箭的运载能力提出了更高要求。以往的运载火箭不能满足新的需求。我国研制的新一代大直径捆绑式运载火箭，运载能力实现了极大提升，可以满足载人登月和空间站建设的要求，但是其直径和结构形式都发生了巨大变化，芯级直径由原来的3.35米增大到5米，助推器直径由原来的2.25米增大到3.35米，芯级和助推器的高度也增加了很多，单个助推器的规模就和以往整个火箭相当。由于火箭规模增大、结构复杂，整个火箭的支承点设置在四个助推器上，而以往的火箭的支承点都在芯级底部。
新研制的运载火箭在首飞前必须开展全箭模态试验，所述模态试验关系到火箭飞行的成败，其为运载火箭动力学模型修正、控制***设计及载荷设计提供重要参数。在模态试验中需要将整个运载火箭模拟成飞行状态，不受其他边界约束的影响，其模拟方法一般是将火箭自由悬挂，实现自由-自由边界。根据相关试验标准火箭的自由悬挂装置必须满足强度、刚度、稳定性和频率的若干要求并和运载火箭的结构特点相匹配。但是新一代运载火箭的质量加大，柔性增加，全箭支承点发生了变化，以往运载火箭的自由悬挂装置及安装方法均不能适用于新一代运载火箭。因此必须针对新一代运载火箭的特点重新设计与之匹配的自由悬挂***，实现模态试验中运载火箭飞行边界的模拟，以期获得准确的模态参数。
同时，在现有技术中，也没有找到公开发表的有关新型运载火箭空间八点自由悬挂装置的相关资料。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了满足上述需求，本发明提供一种运载火箭全箭模态试验八点自由悬挂装置及其安装方法，其可以有效模拟新一代运载火箭的自由-自由边界，满足运载火箭飞行状态模拟试验的要求。
(二)技术方案
一种运载火箭全箭模态试验八点自由悬挂装置，包括：
承力横梁，其呈井字形结构具有四个边横梁，作为试验场地的固有设施承担整个运载火箭的重量；
单点悬挂***，其数量为八个，用于悬挂所述运载火箭的全部四个助推器，实现自由边界的模拟；
横向稳定***，不对运载火箭的自由边界产生影响的柔性***，安装在运载火箭上部，用以预防运载火箭倾倒；
在承力横梁的每个边横梁上分别悬挂两根单点悬挂***，用以悬挂一个助推器，依靠八个单点悬挂***和一个横向稳定***以实现整个运载火箭的自由-自由边界的模拟。
进一步的，运载火箭的支承点设置在四个助推器上，芯级底部不承力，所述八点自由悬挂装置中每两点支承一个助推器，每个助推器设置一个承力环，承力环下部设置三轴移动装置，所述三轴移动装置在助推器悬挂前起到支撑和移动的作用，所述承力环用以承担一个助推器的重量，并作为单点悬挂***和助推器的中间连接件。
进一步的，所述单点悬挂***包括：
连接装置，其与试验场地固定好的承力横梁连接；
高度调节装置，用以调节所述单点悬挂***的高度；
测力***，用以测量所述单点悬挂***的受力情况；
弹簧筒，其具有一定弹性，使得整个单点悬挂***的纵向频率满足试验规范要求；
拉板，用以连接高度调节装置和弹簧筒；
调节拉杆和旋转机构，用以增加所述单点悬挂***操作便利性；
单点悬挂***钢丝绳，其长度根据运载火箭的高度可调节；
滑轮装置，用以与助推器上的承力环连接。
进一步的，所述横向稳定***包括：立柱、调节杆、弹簧组、横向稳定***钢丝绳、包带、运载火箭本体，包带缠绕运载火箭本体，所述包带依次串联横向稳定***钢丝绳、弹簧组、调节杆至与振动塔楼层内的立柱连接，所述立柱为四根，且位于正方形四角处。
所述的八点自由悬挂装置的安装方法，包括如下步骤：
S1、将单点悬挂***安装在承力横梁上；
S2、安装单点悬挂***；
S3、吊装前准备助推器；
S4、助推器吊装入场并安装；
S5、用所述八点自由悬挂装置将所述运载火箭垂直悬挂。
进一步的，上述步骤S1具体为：将试验场地内的井字形承力横梁移动到适宜位置，四个边横梁之间的距离根据所述运载火箭的尺寸确定，然后，依次在四个边横梁上分别安装两套单点悬挂***，两套单点悬挂***的距离根据助推器的尺寸确定，共有八套单点悬挂***竖直悬挂在支承横梁上待用。
进一步的，上述步骤S2具体为：将单点悬挂***包含的各个部件准备就绪，利用吊车先在承力横梁上安装连接装置，然后由上至下依次安装高度调节***、测力***、拉板、弹簧筒、调节拉杆、旋转机构、单点悬挂***钢丝绳、滑轮装置。
进一步的，上述步骤S3具体为：将所述运载火箭的四个助推器底部的三轴移动装置放置在适宜位置，将承力环固定安装在三轴移动装置上。
进一步的，上述步骤S4具体为：利用吊车将四个助推器依次吊入试验场地，并将助推器依次放在事先固定好的承力环上，采用承力环底部的三轴移动装置将助推器的位置进行适当调整，使其位于事先悬挂就位的两套单点悬挂***之间。
进一步的，上述步骤S5具体为：将每个助推器对应的两套单点悬挂***依次与承力环连接，然后调节单点悬挂***上的高度调节装置将所述运载火箭提起来，根据测力***调节各单点悬挂***的高度，使所述运载火箭达到垂直自由悬挂状态。
(三)有益效果
本发明采用八点自由悬挂方法将悬挂点设置在运载火箭的助推器上，适应了新一代运载火箭所设计的新的支承点布置方式，克服了以往悬挂装置采用四点悬挂只能支承火箭芯级的缺点。本发明的所述八点自由悬挂装置中增加了分布式测力***、大量程高度调节***和三轴移动支撑装置，解决了多点自由悬挂***调整垂直度的难题。本发明中所述八点自由悬挂***的安装方法也针对新一代火箭全新的进塔流程和结构特点而设计，保证整个具有一芯级四助推的捆绑式火箭一次自由悬挂成功。该安装方法克服了现有技术中四点式悬挂装置及其安装方法的不足。
附图说明
图1所述八点自由悬挂装置结构示意图。
图2所述八点自由悬挂装置的单个助推器自由悬挂示意图。
图3所述八点自由悬挂装置的单点悬挂***结构示意图。
图4所述八点自由悬挂装置的横向稳定***示意图。
附图标记如下：
1-承力横梁、2-单点悬挂***、3-横向稳定***、4-助推器、5-承力环、6-三轴移动装置、7-连接装置、8-高度调节装置、9-测力***、10-拉板、11-弹簧筒、12-调节拉杆、13-旋转机构、14-单点悬挂***钢丝绳、15-滑轮装置、16-立柱、17-调节杆、18-弹簧组、19-横向稳定***钢丝绳、20包带、21-运载火箭本体。
具体实施方式
参见图1的运载火箭全箭模态试验八点自由悬挂装置结构示意图：
本发明的运载火箭全箭模态试验八点自由悬挂装置包括：
承力横梁1，其呈井字形结构具有四个边横梁，作为试验场地的固有设施承担整个运载火箭的重量；
单点悬挂***2，其数量为八个，用于悬挂所述运载火箭的全部四个助推器，实现自由边界的模拟；
横向稳定***3，不对运载火箭的自由边界产生影响的柔性***，安装在运载火箭上部，用以预防运载火箭倾倒；
在承力横梁1的每个边横梁上分别悬挂两根单点悬挂***2，用以悬挂一个助推器，依靠八个单点悬挂***2和一个横向稳定***3以实现整个运载火箭的自由-自由边界的模拟。
参照图2的单个助推器自由悬挂示意图：
运载火箭的支承点设置在四个助推器4上，芯级底部不承力，所述八点自由悬挂装置中每两点支承一个助推器4，每个助推器4设置一个承力环5，承力环5下部设置三轴移动装置6，所述三轴移动装置6在助推器4悬挂前起到支撑和移动的作用，所述承力环5用以承担一个助推器4的重量，并作为单点悬挂***2和助推器4的中间连接件。
参见图3的所述八点自由悬挂装置的单点悬挂***结构示意图：
本发明的所述八点自由悬挂装置的单点悬挂***2包括：
连接装置7，其与试验场地固定好的承力横梁1连接；
高度调节装置8，用以调节所述单点悬挂***2的高度，其优选为油缸；
测力***9，用以测量所述单点悬挂***2的受力情况；
弹簧筒11，其具有一定弹性，使得整个单点悬挂***2的纵向频率满足试验规范要求；
拉板10，用以连接高度调节装置8和弹簧筒11；
调节拉杆12和旋转机构13，用以增加所述单点悬挂***2操作便利性；
单点悬挂***钢丝绳14，其长度根据运载火箭的高度可调节；
滑轮装置15，用以与助推器上的承力环5连接。
参照图4的所述八点自由悬挂装置的横向稳定***示意图：
所述横向稳定***3包括立柱16、调节杆17、弹簧组18、横向稳定***钢丝绳19、包带20、运载火箭本体21，包带20缠绕运载火箭本体21，所述包带20依次串联横向稳定***钢丝绳19、弹簧组18、调节杆17至与振动塔楼层内的立柱16连接，所述立柱16为四根，且位于正方形四角处。所述横向稳定***3有一定的弹力，且确保火箭垂直状态时不发生倾倒。
所述运载火箭全箭模态试验八点自由悬挂装置的安装方法，包括如下步骤：
S1、将单点悬挂***2安装在所述承力横梁1上：将试验场地内的井字形承力横梁1移动到适宜位置，四个边横梁之间的距离根据所述运载火箭的尺寸确定，然后，依次在四个边横梁上分别安装两套单点悬挂***2，两套单点悬挂***2的距离根据助推器4的尺寸确定，共有八套单点悬挂***2竖直悬挂在所述支承横梁1上待用；
S2、安装单点悬挂***2：将单点悬挂***2包含的各个部件准备就绪，利用吊车先在承力横梁1上安装连接装置7，然后由上至下依次安装高度调节***8、测力***9、拉板10、弹簧筒11、调节拉杆12、旋转机构13、单点悬挂***钢丝绳14、滑轮装置15；
S3、吊装前准备助推器4：将所述运载火箭的四个助推器4底部的三轴移动装置6放置在适宜位置，将承力环5固定安装在三轴移动装置6上；
S4、助推器4吊装入场并安装：利用吊车将四个助推器4依次吊入试验场地，并将助推器4依次放在事先固定好的承力环5上，采用承力环5底部的三轴移动装置6将助推器4的位置进行适当调整，使其位于事先悬挂就位的两套单点悬挂***2之间；
S5、用所述八点自由悬挂装置将所述运载火箭垂直悬挂：将每个助推器4对应的两套单点悬挂***2依次与承力环5连接，然后调节单点悬挂***2上的高度调节装置8将所述运载火箭提起来，根据测力***9调节各单点悬挂***2的高度，使所述运载火箭达到垂直自由悬挂状态。

Claims (9)

1.一种运载火箭全箭模态试验八点自由悬挂装置，其特征在于：
包括：
承力横梁，其呈井字形结构具有四个边横梁，作为试验场地的固有设施承担整个运载火箭的重量；
单点悬挂***，其数量为八个，用于悬挂所述运载火箭的全部四个助推器，实现自由边界的模拟；
横向稳定***，不对运载火箭的自由边界产生影响的柔性***，安装在运载火箭上部，用以预防运载火箭倾倒；
在承力横梁的每个边横梁上分别悬挂两根单点悬挂***，用以悬挂一个助推器，依靠八个单点悬挂***和一个横向稳定***以实现整个运载火箭的自由-自由边界的模拟；
所述单点悬挂***包括：
连接装置，其与试验场地固定好的承力横梁连接；
高度调节装置，用以调节所述单点悬挂***的高度；
测力***，用以测量所述单点悬挂***的受力情况；
弹簧筒，其具有一定弹性，使得整个单点悬挂***的纵向频率满足试验规范要求；
拉板，用以连接高度调节装置和弹簧筒；
调节拉杆和旋转机构，用以增加所述单点悬挂***操作便利性；
单点悬挂***钢丝绳，其长度根据运载火箭的高度可调节；
滑轮装置，用以与助推器上的承力环连接。
2.如权利要求1所述的一种运载火箭全箭模态试验八点自由悬挂装置，其特征在于：
运载火箭的支承点设置在四个助推器上，芯级底部不承力，所述八点自由悬挂装置中每两点支承一个助推器，每个助推器设置一个承力环，承力环下部设置三轴移动装置，所述三轴移动装置在助推器悬挂前起到支撑和移动的作用，所述承力环用以承担一个助推器的重量，并作为单点悬挂***和助推器的中间连接件。
3.如权利要求1所述的一种运载火箭全箭模态试验八点自由悬挂装置，其特征在于：
所述横向稳定***包括：立柱、调节杆、弹簧组、横向稳定***钢丝绳、包带、运载火箭本体，包带缠绕运载火箭本体，所述包带依次串联横向稳定***钢丝绳、弹簧组、调节杆至与振动塔楼层内的立柱连接，所述立柱为四根，且位于正方形四角处。
4.一种如权利要求1中所述的八点自由悬挂装置的安装方法，包括如下步骤：
S1、将单点悬挂***安装在承力横梁上；
S2、安装单点悬挂***；
S3、吊装前准备助推器；
S4、助推器吊装入场并安装；
S5、用所述八点自由悬挂装置将所述运载火箭垂直悬挂。
5.如权利要求4所述的安装方法，其特征在于：
上述步骤S1具体为：将试验场地内的井字形承力横梁移动到适宜位置，四个边横梁之间的距离根据所述运载火箭的尺寸确定，然后，依次在四个边横梁上分别安装两套单点悬挂***，两套单点悬挂***的距离根据助推器的尺寸确定，共有八套单点悬挂***竖直悬挂在承力横梁上待用。
6.如权利要求5所述的安装方法，其特征在于：
上述步骤S2具体为：将单点悬挂***包含的各个部件准备就绪，利用吊车先在承力横梁上安装连接装置，然后由上至下依次安装高度调节装置、测力***、拉板、弹簧筒、调节拉杆、旋转机构、单点悬挂***钢丝绳、滑轮装置。
7.如权利要求4所述的安装方法，其特征在于：
上述步骤S3具体为：将所述运载火箭的四个助推器底部的三轴移动装置放置在适宜位置，将承力环固定安装在三轴移动装置上。
8.如权利要求4所述的安装方法，其特征在于：
上述步骤S4具体为：利用吊车将四个助推器依次吊入试验场地，并将助推器依次放在事先固定好的承力环上，采用承力环底部的三轴移动装置将助推器的位置进行适当调整，使其位于事先悬挂就位的两套单点悬挂***之间。
9.如权利要求4所述的安装方法，其特征在于：
上述步骤S5具体为：将每个助推器对应的两套单点悬挂***依次与承力环连接，然后调节单点悬挂***上的高度调节装置将所述运载火箭提起来，根据测力***调节各单点悬挂***的高度，使所述运载火箭达到垂直自由悬挂状态。
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