CN102050230B - 一种平衡重力的级间分离试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平衡重力的级间分离试验装置及试验方法，它由吊梁1、吊点21、22、转轴31、32和吊具41、42组成。所述吊点21、22设置在吊梁1上，吊点21、22两侧的距离与转轴31、32两侧的距离相等；所述吊具41、42上端与吊点21和22连接，并垂直于吊梁，吊具41、42的下端与转轴31、32连接。采用试验装置进行级间分离试验方法，搭接吊梁1，使吊梁1的高度L满足L＝d/sin2θ，使吊梁1的承载能力满足分离体51、52分离动静载荷要求；分别将吊具41、42的一端与吊点21、22连接，另一端延伸至地面；分别将吊具41、42的另一端与转轴31、32连接，调节吊具41、42与转轴31、32的连接点，使分离体51、52在重力的作用下保持平衡，而不发生绕转轴31、32转动。

Description

一种平衡重力的级间分离试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及机械工程领域，具体地说是一种平衡重力的级间分离试验装置及试验方法。

背景技术

部分航天飞行器在飞行过程中，为了减轻消极载荷，级间分离是飞行过程中一项必不可少的步骤，分离能否正常完成直接关系到飞行器发射的成败。目前使用的分离方式主要有两种，一种是冷分离方式，一种是热分离方式。无论选用哪一种分离方式，在进行分离系统设计时，分离体的分离速度与分离姿态是考核分离系统设计能否满足要求的主要设计参数。为了获得分离系统的设计参数，可通过理论计算、飞行仿真技术和试验测量等方法。飞行仿真技术是通过建立数学模型，在计算机上对飞行器的各种飞行力学实际问题进行动态仿真，它与理论计算都存在模型建立复杂、难以计算准确和边界难取舍等问题，故都难以获得真实的分离参数。

试验测量方法分为地面试验测量方法与飞行试验测量方法。在飞行试验测量方法方面，《现代防御技术》第30卷第4期作者关世义在《谈谈飞行力学的三大研究手段》中提到可采用小模型弹进行外场自由飞模试验来测量级间分离参数。该试验方法需要制造一发小模型弹，各执行机构都需进行等比缩放，试验成本高，且不适用于研制初期。在地面试验测量方法方面，《西工大力学实验指导手册》(http://jpkc.nwpu.edu.dn/jp2005/04/XNSY1.htm)中提到级间分离采用在压力舱内通过给气浮块加气压使分离体浮起的方法进行级间分离，该方法虽然能较真实地模拟级间分离，但试验设备复杂，对不同的分离体需要设计不同的压力舱和浮块，试验设备的通用性不强，试验成本高。

发明内容

本发明提供一种平衡重力的级间分离试验装置及试验方法，解决的技术问题是：采用平衡重力的试验装置进行级间分离试验，消除重力对分离试验的影响，较真实地模拟无重力状态下的级间分离。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为，一种平衡重力的级间分离试验装置，由吊梁1、吊点21、22、转轴31、32和吊具41、42组成；所述吊梁1应有足够的高度，根据分离体姿态角要求进行吊梁高度确定，其吊梁1高度的计算方法为：L＝d/sin2θ(其中L为吊梁的高度，d为分离体考核的分离距离，θ为分离体允许的最大姿态角)；所述吊点21、22设置在吊梁1上，并满足分离动静载荷要求，吊点21、22两侧的距离与转轴31、32两侧的距离相等；所述吊具41、42上端与吊点21和22连接，并垂直于吊梁，吊具41、42的下端与转轴31、32连接。吊具为密度较小的非金属吊绳，承载能力为各分离体重力的2.5倍以上，吊具41、42的长度为(L+2)米；所述转轴31、32由滑动轴承或滚动轴承和联接件构成，且转轴31、32设置在分离体质心位置。本发明所述试验装置为在所述吊梁1上根据分离体51、52质心距离设置吊点21、22，转轴31、32设置在分离体51、52质心位置，吊具41、42两端分别与转轴31、32和吊点21、22连接，分离体51、52采用该装置进行级间分离试验。

一种采用平衡重力的级间分离试验装置进行级间分离试验的方法：

1)、测量分离体51、52的质心，并在质心位置设置转轴31、32；

2)、搭接吊梁1，使吊梁1的高度L满足L＝d/sin2θ，使吊梁1的承载能力满足分离体51、52分离动静载荷要求；

3)、根据分离体51、52质心距离，在吊梁1上设置吊点21、22，并使吊点的承载能力满足分离体51、52分离动静载荷要求；

4)、分别将吊具41、42的一端与吊点21、22连接，另一端延伸至地面；

5)、分别将吊具41、42的另一端与转轴31、32连接，调节吊具41、42与转轴31、32的连接点，使分离体51、52在重力的作用下保持平衡，而不发生绕转轴31、32转动；

6)、将分离体51、52进行装配联接；

7)、控制级间分离系统，使分离体51、52沿分离面6发生级间分离。

本发明的技术效果体现在：本发明通过平衡分离体重力，较真实地模拟了无重力状态下的分离情况，并通过在分离体质心位置设置转轴，保证了分离体分离时分离自由度，容易得出真实的分离姿态；结构简单可靠、容易实现，效果明显，能有效地降低试验成本。

附图说明

图1为本发明试验吊装示意图；

图2为单个分离体的吊装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明包括吊梁1、吊点21、22、转轴31、32、吊具41、42。

本发明所述的试验装置为利用所述吊梁1、吊点21、22、吊转轴31、32和吊具41、42对分离体51、52进行吊装，吊梁1应具有满足设计要求的高度，单个分离体的两吊点211、212的距离与单个分离体的两转轴311、312的距离相等，吊具41、42应采用密度较小的非金属吊绳，以减小吊具重量对分离体51、52自由分离产生的干扰，吊具41、42的质量不超过分离体质量的2％为宜，转轴31、32要求转动灵活，且转轴311、312通过分离体51的质心，同理转轴321、322通过分离体52的质心。

本发明中，关键在于吊具41、42的选用，要严格控制吊具41、42的质量，使吊具41、42的总质量不超过分离体质量的2％。其次是吊梁1的高度，为了使分离体分离后绕吊点21、22的摆动角不至于过大以影响分离机构动作或影响分离姿态，吊梁1必须足够高，其具体计算方法如发明内容所述。

本发明适用于需要模拟无重力作用状态下的分离体分离的地面试验。

实例1：

设定一航天飞行器三级分离的地面分离试验采用了本发明所述的试验装置和试验方法，分离体一的质量为720kg，分离体二的质量为100kg，分离体允许的最大姿态角为2.5°，需考核的分离距离为1.2m，吊梁高度为15m，吊具采用强度较好、质量较轻的锦丝绳，吊装分离体一、分离体二的吊具的承载能力分别为2000kg和500kg，转轴由滑动轴承和连接件构成，转轴设置在分离体过质心的联接点处。按本发明所述的试验方法进行分离试验，级间分离正常，分离机构工作正常，并能反映出消除重力影响后的较真实的分离速度和分离姿态，对确定分离系统参数具有重要指导作用。

实例2：

设定一航天飞行器整流罩的地面分离试验采用了本发明所述的试验装置和试验方法，整流罩为分离体且质量为98kg，被分离体与地面工装固定，整流罩允许的最大姿态角为3°，需考核的分离距离为1m，吊梁高度为10m，吊具采用强度较好、质量较轻的锦丝绳，锦丝绳断裂强度为500kg，转轴由滚动轴承和连接件构成，转轴设置在整流罩上，且通过整流罩质心。按本发明所述的试验方法进行分离试验，整流罩分离正常，分离机构工作正常，并能反应出消除重力影响后的较真实的分离速度和分离姿态，对确定分离系统参数具有重要指导作用。

Claims (1)

1.一种平衡重力的级间分离试验装置进行级间分离试验方法，包括采用由吊梁（1）、吊点（21、22）、转轴（31、32）和吊具（41、42）组成的装置；其特征在于：所述吊点（21、22）设置在吊梁（1）上，吊点（21、22）两侧的距离与转轴（31、32）两侧的距离相等；所述吊具（41、42）上端与吊点（21、22）连接，并垂直于吊梁，吊具（41、42）的下端与转轴（31、32）连接；进行级间分离试验方法的具体步骤是：

1）、测量分离体（51、52）的质心，并在质心位置设置转轴（31、32）；

2）、搭接吊梁（1），使吊梁（1）的高度L满足L＝d/sin2θ，使吊梁（1）的承载能力满足分离体（51、52）分离动静载荷要求；

3）、根据分离体（51、52）质心距离，在吊梁（1）上设置吊点（21、22），并使吊点的承载能力满足分离体（51、52）分离动静载荷要求，其式中，d为分离体考核的分离距离，θ为分离体允许的最大姿态角；

4）、分别将吊具（41、42）的一端与吊点（21、22）连接，另一端延伸至地面；

5）、分别将吊具（41、42）的另一端与转轴（31、32）连接，调节吊具（41、42）与转轴（31、32）的连接点，使分离体（51、52）在重力的作用下保持平衡，而不发生绕转轴（31、32）转动；

6）、将分离体（51、52）进行装配联接；

7）、控制级间分离系统，使分离体（51、52）沿分离面（6）发生级间分离。

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