CN103287589A - 一种板式推进剂管理装置部件性能验证的微重力试验系统 - Google Patents

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Abstract

一种板式推进剂管理装置部件性能验证的微重力试验系统，由试验系统基板、高度可调节试验支架组件、图像采集系统、照明系统等组件构成具备同时进行两种试验模型的微重力试验系统，即高度可调节试验支架组件、图像采集系统、照明系统等均在试验系统基板上对称地布置两套。试验系统具有结构简单紧凑、效率高、可调节性强、模型置换容易、图像采集方便、易实现等优点。本发明进行板式PMD部件试验模型微重力试验，能够获得所有板式PMD部件模型的流体传输特性与流体管理能力，并对PMD性能进行验证。

Description

一种板式推进剂管理装置部件性能验证的微重力试验系统
技术领域
本发明涉及板式推进剂管理装置（PMD）在微重力条件下流体传输性能与管理性能的试验验证技术领域，可以推广应用于各种板式PMD部件缩比模型的微重力试验。
背景技术
随着国际上大型桁架式平台卫星的迅速发展，采用板式PMD的推进剂贮箱已经成为国际上主流。从“十一五”末期起，开始开展了大容量板式PMD推进剂贮箱研制工作，已研制了板式PMD样机，进行了板式PMD流体传输性能与管理性能的地面演示试验。该演示试验只能对板式PMD的局部性能进行验证，无法真实反映其在空间环境下利用表面张力对流体的管理、控制和传输能力。因此，必须进行大量的微重力试验，对板式PMD部件性能进行深入研究。故自2011年3月起，针对880L大容量板式贮箱的板式PMD部件进行缩比设计，搭建了一种由缩比试验模型、试验系统基板、高度可调节试验支架组件、图像采集系统、照明系统等组成的微重力试验系统，运用该试验系统，多次完成了880L大容量板式贮箱板式PMD部件不同缩比模型的流体传输管理特性和液面重定位过程的微重力试验，验证了微重力环境下板式PMD部件的流体管理和传输能力。
同时，由于板式PMD推进剂贮箱研制和相关试验验证技术涉及到国家安全，掌握了该项技术的国家往往进行技术封锁，国外能够提供的资料很不全面，只能起一定的借鉴作用，发表的相关文章中均未提及详细的试验系统设计，对板式贮箱的机理研究必须自行搭建试验系统，以开展大量的微重力试验，得到充分的第一手资料，这些基础资料是不可能从国外文献中获得的。
综上所述，一种板式PMD部件性能验证的微重力试验系统是进行大容量板式PMD推进剂贮箱研制过程中摸索和总结的成果，整个试验系统是全新的，国内没有相关的文献和资料可以借鉴，国外也极少公开纰漏类似试验系统。为了实现板式PMD部件流体传输管理性能验证，结合试验过程的实践和经验，首次提出了一种板式PMD部件性能验证的微重力试验系统。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种板式PMD部件性能验证的微重力试验系统，能够有效地验证微重力环境下板式PMD部件的流体管理和传输能力。
本发明的技术解决方案是：一种板式推进剂管理装置部件性能验证的微重力试验系统，包括：试验系统基板、高度可调节试验支架组件、图像采集系统、照明系统部分，而且高度可调节试验支架组件、图像采集系统、照明系统部分均在试验系统基板上对称地布置两套，所述微重力试验系统具备同时进行两种试验模型微重力试验的能力；
所述试验系统基板为一块圆形平板，用于实现高度可调节试验支架组件、图像采集系统、照明系统部分紧凑地安装与固定，同时实现试验系统与微重力试验舱安装衔接；
所述每套高度可调节试验支架组件由支板组成，支板分布用于支撑固定试验模型，支架分别用于支撑固定支板；
所述每套图像采集系统由CCD相机、CCD摄像头和相机支座组成，CCD相机安装固定在相机支座上，用于实时记录试验模型的试验图像，微重力试验舱内自备的CCD摄像头实时无线遥传试验模型的试验准备情况，确保微重力试验正常顺利进行；
所述每套照明系统由强光光源和滤光板组成，强光光源安装固定在支架的平板上，即位于支板的正下方，滤光板位于CCD相机与试验模型之间。
所述每个支架上的四根支柱，四根支柱上打有多个定位孔，用于调节支板的高度。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
（1）本发明根据板式PMD部件性能微重力试验验证要求，合理设计并搭建了各主要部分对称布置的微重力试验系统。该试验系统具有结构简单紧凑、空间利用率高、图像采集方便、试验效率及经济效益高、易实现等优点，能够获得所有板式PMD部件模型的流体管理能力及流体传输特性，并对PMD性能进行验证。
（2）本发明采用高度可调节试验支架组件，可适应不同板式PMD部件模型试验安装要求，可扩展性强，可调节性强、模型置换容易。
（3）本发明试验系统合理、可行，可操作性强，对板式PMD部件性能起到良好的验证作用，已应用在大容量板式PMD推进剂贮箱研制上，为板式PMD优化设计提供良好的借鉴，具有广泛的应用价值和推广前景，可以推广应用于各种板式PMD部件空间流体管理性能的微重力试验验证。
附图说明
图1是本发明试验系统的结构原理图；
图2是本发明高度可调节试验支架组件的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括试验系统基板1、高度可调节试验支架组件、图像采集系统、照明系统等部分，而且高度可调节试验支架组件、图像采集系统、照明系统等部分均在试验系统基板1上对称地布置两套，试验系统具备同时进行两种试验模型微重力试验的能力。
试验系统基板1是一块内部为木材蜂窝层的轻质圆形铝平板，用于实现高度可调节试验支架组件、图像采集系统、照明系统等部分紧凑地安装与固定，同时实现试验系统与微重力试验舱安装衔接。
高度可调节试验支架组件由两个支板和两个支架组成，第一支板3和第二支板13分布用于支撑固定第一试验模型2和第二试验模型14，第一支架4和第二支架12分别用于支撑固定第一支板3和第二支板13。
图像采集系统由两个高速CCD相机、两个CCD摄像头和两个相机支座组成，高速CCD相机的最高分辨率为1280×1024pixel，在此分辨率下相机的帧率可达到1000fps。第一高速CCD相机7和第二高速CCD相机15分别安装固定在第一相机支座8和第二相机支座16上，分别用于实时记录第一试验模型2和第二试验模型14的试验图像，微重力试验舱内自备的第一CCD摄像头9和第二CCD摄像头17分别实时无线遥控传输第一试验模型2和第二试验模型14的试验准备情况，确保微重力试验正常顺利进行。
照明系统由两个强光光源和两个滤光板组成，第一强光光源5和第二强光光源10分别安装固定在第一支架4和第二支架12的平板上，即分别位于第一支板3和第二支板13的正下方，第一滤光板6和第二滤光板11分别位于第一高速CCD相机7、第二高速CCD相机15与第一试验模型2、第二试验模型14之间。
试验系统具体连接方式如下：在试验系统基板1上预先打好用于支架和相机支架固定的相应安装孔；第一支架4和第二支架12分别安装固定在试验系统基板1上相对应的位置；第一相机支座8和第二相机支座16分别安装固定在试验系统基板1上相对应的位置；第一高速CCD相机7和第二高速CCD相机15分别安装固定在第一相机支座8和第二相机支座16上；第一试验模型2和第二试验模型14分别安装固定在第一支板3和第二支板13上，然后根据试验模型2和试验模型14的安装方式及第一高速CCD相机7和第二高速CCD相机15的摄像效果，调节好第一支板3和第二支板13在第一支架4和第二支架12的高度，接着将安装有第一试验模型2的第一支板3和第二试验模型14的第二支板13分别固定在第一支架4和第二支架12上；将已装好试验系统的试验系统基板1安装衔接在微重力试验舱内适当位置，然后进行第一高速CCD相机7和第二高速CCD相机15摄像调节，确认第一滤光板6和第二滤光板11分别位于第一高速CCD相机7、第二高速CCD相机15与第一试验模型2、第二试验模型14之间的位置，接着将第一滤光板6和第二滤光板11固定。
如图2所示，每个支架的四根支柱上打有多个定位孔，用于调节支板的高度。而且每个支板均为多孔板，可适应不同试验模型安装固定要求。支板放置高度可根据试验模型进行调节，整个高度可调节试验支架组件装拆非常简便。
虽然高速CCD相机有较高的感光度，但是由于高速拍摄情况下曝光时间极短，须用强光光源照明。由于试验模型中多用透明的有机玻璃材料，在强光光源照明下通过有机玻璃的折射会在图像中产生光斑，影响图像质量，因此在相机与试验模型之间需添加滤光板，以获取更高质量的图像。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种板式推进剂管理装置部件性能验证的微重力试验系统，其特征在于：包括试验系统基板、高度可调节试验支架组件、图像采集系统、照明系统部分，而且高度可调节试验支架组件、图像采集系统、照明系统部分均在试验系统基板上对称地布置两套，所述微重力试验系统具备同时进行两种试验模型微重力试验的能力；
所述试验系统基板为一块圆形平板，用于实现高度可调节试验支架组件、图像采集系统、照明系统部分紧凑地安装与固定，同时实现试验系统与微重力试验舱安装衔接；
所述每套高度可调节试验支架组件由支板组成，支板分布用于支撑固定试验模型，支架分别用于支撑固定支板；
所述每套图像采集系统由CCD相机、CCD摄像头和相机支座组成，CCD相机安装固定在相机支座上，用于实时记录试验模型的试验图像，微重力试验舱内自备的CCD摄像头实时无线遥传试验模型的试验准备情况，确保微重力试验正常顺利进行；
所述每套照明系统由强光光源和滤光板组成，强光光源安装固定在支架的平板上，即位于支板的正下方，滤光板位于CCD相机与试验模型之间。
2.根据权利要求1所述的板式推进剂管理装置部件性能验证的微重力试验系统，其特征在于：所述每个支架上的四根支柱，四根支柱上打有多个定位孔，用于调节支板的高度。
3.根据权利要求1所述的板式推进剂管理装置部件性能验证的微重力试验系统，其特征在于：所述支板均为多孔板，适应不同试验模型安装固定要求。
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