CN103482088A - 卫星微振动试验多点悬吊系统及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种卫星微振动试验多点悬吊系统及其设计方法，该方法利用弹力绳纵向良好的低刚度特性，根据被悬吊对象的固有频率，设计悬吊系统的频率，选择悬吊弹力绳的根数和刚度，分析单点悬吊和多点悬吊方法的异同，从而获取适用于不同工况的悬吊系统特性与组成，模拟卫星在轨状态，以满足微振动试验的目的。该悬吊方法形式多样，设计灵活，搭建方便快捷，可根据具体试验情况改变悬吊弹力绳数量和悬吊位置，应用广泛，方便接口设计，有效利用空间，具有较高的通用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种卫星微振动试验方法，具体地，涉及一种卫星微振动试验多点悬吊系统及其设计方法。
背景技术
随着航天技术的发展，对于敏感载荷的精度要求越来越高，振动抑制的应用越来越紧迫，微振动试验条件需要不断的更新和保障。而如何模拟卫星及其敏感载荷的在轨失重状态，实现微振动扰动情况下的性能测试显得尤为重要。
为模拟失重状态，航天领域多使用悬吊试验来模拟考核载荷的在轨性能，而如果要求悬吊系统对试验的影响忽略不计，则要求悬吊系统的频率不高于卫星系统频率的1/10。但是常规的钢丝绳悬吊方法纵向刚度大，频率高，不能满足失重状态的需求。而且单点悬吊方法只适用于质量轻，体积小的载荷，对于整星等大质量大体积的被悬吊对象，已经不能满足要求。
为此，如何提供一种结构简单、承载力大、姿态平稳、安装方便、成本低廉的低刚度悬吊方法成为亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星微振动试验多点悬吊系统及其设计方法。
根据本发明的一个方面，提供一种卫星微振动试验多点悬吊方法，包括以下步骤：
步骤1：选取弹力绳，并分析单根弹力绳在不同承载状况下的刚度特性曲线；
步骤2：根据步骤1中单位长度弹力绳的刚度特性曲线，在保证一定安全裕度的同时，选取弹力绳刚度特性曲线中刚度变化较为平稳的区域确定弹力绳的工作承载范围；
步骤3：分别选取多根步骤2中的弹力绳在单悬吊点并联组成并联系统，获取并联系统的刚度特性与步骤2中的单根弹力绳的刚度特性进行对比，确定并联系统的刚度特性为单根弹力绳刚度特性的线性叠加；
步骤4：根据卫星系统的固有频率，确定悬吊系统的频率范围，并确定悬吊系统选用的弹力绳的数量范围；
步骤5：根据悬吊对象的形状，设计悬吊系统，确定悬吊点的数量和位置；
步骤6：测量被悬吊对象的质心位置，根据悬吊对象的质心位置，确定各悬吊点选用的弹力绳数量；
步骤7：计算悬吊系统纵向模态频率和横向模态频率，并分别进行模态测试，验证确认悬吊系统真实的纵向固有频率和横向固有频率，得到悬吊系统频率；
步骤8：根据步骤7得到的悬吊系统频率判断悬吊系统频率是否符合步骤4确定的悬吊系统的频率范围，若符合则完成悬吊系统设计；若不符合，则重复步骤4至步骤8，直至悬吊系统频率符合步骤4确定的悬吊系统的频率范围。
优选地，步骤4中，悬吊系统的频率范围确定为：悬吊系统频率小于卫星固有频率的1/10。
优选地，步骤7包括以下步骤：
步骤71：根据模态计算公式计算悬吊系统纵向模态频率，并对悬吊系统进行纵向模态测试，对比验证并确认悬吊系统真实的纵向固有频率；
步骤72：根据悬吊系统吊点到悬吊对象的质心的距离，利用“单摆”公式计算悬吊系统横向模态频率，并对悬吊系统进行横向模态测试，对比验证并确定悬吊系统真实的横向固有频率。
优选地，步骤71及步骤72中，待弹力绳伸长量稳定后对悬吊系统进行纵向模态测试及横向模态测试。
优选地，步骤3中并联系统的实现方法为：选取步骤2中原长相同的多根弹力绳并联，测量包括多根弹力绳并联后的并联刚度。
优选地，步骤6中，为保证卫星整体不发生翻转，质心偏移方向上的吊点处弹力绳数量稍多，反方向吊点处弹力绳数量稍少。
根据本发明的另一个方面，提供一种利用上述的卫星微振动试验多点悬吊系统设计方法设计的卫星微振动试验多点悬吊系统，该悬吊系统包括弹力绳束、吊具连接件和吊架，吊架包括多个悬吊点，弹力绳束包括多根弹力绳，弹力绳束的一端连接至吊架上相应的悬吊点，另一端连接吊具连接件。
本发明提供一种地面模拟失重环境、适用于卫星及其敏感载荷微振动试验的悬吊系统及其设计方法，实现低刚度大承载的地面模拟失重状态。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的多点悬吊承载力大，可根据被悬吊对象的质量选择弹力绳数量，保证每根弹力绳均处于刚度变化平稳区域；
2、本发明可根据被悬吊对象外形调整吊点数量和位置，便于设计悬吊工装，且与被悬吊对象不发生干涉；
3、该发明可根据被悬吊对象的质心位置，调整各吊点的弹力绳数量，使被吊对象姿态平稳；
4、该悬吊技术耦合性好，频率低，不影响系统的频率；
5、该悬吊方法搭建方便快捷，应用广泛，方便接口设计，有效利用空间，具有较高的通用性。
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为弹力绳静态刚度随载荷重量的变化曲线示意图；
图2为本发明实施例的六点卫星微振动试验悬吊系统的结构示意图。
图中：1为弹力绳束2为吊具连接件，3为吊架，4为卫星。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。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。
一种卫星微振动试验多点悬吊方法，包括以下步骤：
步骤1：选取弹力绳，并分析单根弹力绳在不同承载状况下的刚度特性曲线；
步骤2：根据步骤1中单位长度弹力绳的刚度特性曲线，在保证一定安全裕度的同时，选取弹力绳刚度特性曲线中刚度变化较为平稳的区域确定弹力绳的工作承载范围；
步骤3：分别选取多根步骤2中的弹力绳在单悬吊点并联组成并联系统，获取并联系统的刚度特性与步骤2中的单根弹力绳的刚度特性进行对比，确定并联系统的刚度特性为单根弹力绳刚度特性的线性叠加；
步骤4：根据卫星系统的固有频率，确定悬吊系统的频率范围，并确定悬吊系统选用的弹力绳的数量范围；
步骤5：根据悬吊对象的形状，设计悬吊系统，确定悬吊点的数量和位置；
步骤6：测量被悬吊对象的质心位置，根据悬吊对象的质心位置，确定各悬吊点选用的弹力绳数量；
步骤7：计算悬吊系统纵向模态频率和横向模态频率，并分别进行模态测试，验证确认悬吊系统真实的纵向固有频率和横向固有频率，得到悬吊系统频率；
步骤8：根据步骤7得到的悬吊系统频率判断悬吊系统频率是否符合步骤4确定的悬吊系统的频率范围，若符合则完成悬吊系统设计；若不符合，则重复步骤4至步骤8，直至悬吊系统频率符合步骤4确定的悬吊系统的频率范围。
优选地，步骤4中，悬吊系统的频率范围确定为：悬吊系统频率小于卫星固有频率的1/10。
优选地，步骤7包括以下步骤：
步骤71：根据模态计算公式计算悬吊系统纵向模态频率，并对悬吊系统进行纵向模态测试，对比验证并确认悬吊系统真实的纵向固有频率；
步骤72：根据悬吊系统吊点到悬吊对象的质心的距离，利用“单摆”公式计算悬吊系统横向模态频率，并对悬吊系统进行横向模态测试，对比验证并确定悬吊系统真实的横向固有频率。
优选地，步骤71及步骤72中，待弹力绳伸长量稳定后对悬吊系统进行纵向模态测试及横向模态测试。
优选地，步骤3中并联系统的实现方法为：选取步骤2中原长相同的多根弹力绳并联，测量包括多根弹力绳并联后的并联刚度。
优选地，步骤6中，为保证卫星整体不发生翻转，质心偏移方向上的吊点处弹力绳数量稍多，反方向吊点处弹力绳数量稍少。
根据本发明的另一个方面，提供一种利用上述的卫星微振动试验多点悬吊系统设计方法设计的卫星微振动试验多点悬吊系统，该悬吊系统包括弹力绳束、吊具连接件和吊架，吊架包括多个悬吊点，弹力绳束包括多根弹力绳，弹力绳束的一端连接至吊架上相应的悬吊点，另一端连接吊具连接件，弹力绳通过连接件形成并联形式和/或串联形式，连接件需保证各弹力绳平均受力，不会使某些弹力绳过载。
具体地，如图2所示，其为本发明实施例的六点卫星微振动试验悬吊系统的结构示意图。悬吊系统包括：6个弹力绳束1、6个吊具连接件2和吊架3，吊架包括6个悬吊点，各弹力绳束1均包括多根弹力绳，弹力绳束1的一端连接至吊架3上相应的悬吊点，另一端连接吊具连接件2，吊具连接件2连接待悬吊的卫星。
进一步地，本实施例的六点卫星微振动试验悬吊系统的设计过程包括以下步骤：
步骤1：选用乳胶丝弹力绳，其直径为Φ10mm；
步骤2：测试单根弹力绳在不同承载状况下的刚度特性曲线如图1所示：
步骤3：试验每根弹力绳可以承受300N以上的持续力作用，取1.5倍余量，则每根绳子可以安全稳定的承受200N的持续力；
步骤4：分别选取多根弹力绳在单悬吊点并联组成并联系统，得到并联系统的刚度特性为单根弹力绳刚度特性的线性叠加；
步骤5：整星质量特性为：质量2843.6kg，质心位置为X：-8.93mm，Y：-7.06mm，Z：1384.0mm，采用6吊点悬吊；
步骤6：根据整星悬吊质量可以计算单吊点弹力绳的最大工作载荷T约为4650N；
步骤7：根据质心位置，计算各吊点弹力绳数量如下表所示：
表1各吊点弹力绳数统计
| 吊点 | 绳子数目 |
| A | 23 |
| B | 24 |
| C | 24 |
| D | 23 |
| E | 23 |
| F | 24 |
| 合计 | 141 |
步骤8：计算和实验测试得到悬吊系统频率为0.6Hz，满足设计要求。
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)
1.一种卫星微振动试验多点悬吊系统设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选取弹力绳，并分析单根弹力绳在不同承载状况下的刚度特性曲线；
步骤2：根据步骤1中单位长度弹力绳的刚度特性曲线，在保证一定安全裕度的同时，选取弹力绳刚度特性曲线中刚度变化较为平稳的区域确定弹力绳的工作承载范围；
步骤3：分别选取多根步骤2中的弹力绳在单悬吊点并联组成并联系统，获取并联系统的刚度特性与步骤2中的单根弹力绳的刚度特性进行对比，确定并联系统的刚度特性为单根弹力绳刚度特性的线性叠加；
步骤4：根据卫星系统的固有频率，确定悬吊系统的频率范围，并确定悬吊系统选用的弹力绳的数量范围；
步骤5：根据悬吊对象的形状，设计悬吊系统，确定悬吊点的数量和位置；
步骤6：测量被悬吊对象的质心位置，根据悬吊对象的质心位置，确定各悬吊点选用的弹力绳数量；
步骤7：计算悬吊系统纵向模态频率和横向模态频率，并分别进行模态测试，验证确认悬吊系统真实的纵向固有频率和横向固有频率，得到悬吊系统频率；
步骤8：根据步骤7得到的悬吊系统频率判断悬吊系统频率是否符合步骤4确定的悬吊系统的频率范围，若符合则完成悬吊系统设计；若不符合，则重复步骤4至步骤8，直至悬吊系统频率符合步骤4确定的悬吊系统的频率范围。
2.根据权利要求1所述的卫星微振动试验多点悬吊系统设计方法，其特征在于，步骤4中，悬吊系统的频率范围确定为：悬吊系统频率小于卫星固有频率的1/10。
3.根据权利要求1所述的卫星微振动试验多点悬吊系统设计方法，其特征在于，步骤7包括以下步骤：
步骤71：根据模态计算公式计算悬吊系统纵向模态频率，并对悬吊系统进行纵向模态测试，对比验证并确认悬吊系统真实的纵向固有频率；
步骤72：根据悬吊系统吊点到悬吊对象的质心的距离，利用“单摆”公式计算悬吊系统横向模态频率，并对悬吊系统进行横向模态测试，对比验证并确定悬吊系统真实的横向固有频率。
4.根据权利要求3所述的卫星微振动试验多点悬吊系统设计方法，其特征在于，步骤71及步骤72中，待弹力绳伸长量稳定后对悬吊系统进行纵向模态测试及横向模态测试。
5.根据权利要求1所述的卫星微振动试验多点悬吊系统设计方法，其特征在于，步骤3中并联系统的实现方法为：选取步骤2中原长相同的多根弹力绳并联，测量包括多根弹力绳并联后的并联刚度。
6.根据权利要求1所述的卫星微振动试验多点悬吊系统设计方法，其特征在于，步骤6中，为保证卫星整体不发生翻转，质心偏移方向上的吊点处弹力绳数量稍多，反方向吊点处弹力绳数量稍少。
7.一种利用权利要求1至6中任一项所述的卫星微振动试验多点悬吊系统设计方法设计的卫星微振动试验多点悬吊系统，其特征在于，所述悬吊系统包括弹力绳束、吊具连接件和吊架，所述吊架包括多个悬吊点，所述弹力绳束包括多根弹力绳，所述弹力绳束的一端连接至所述吊架上相应的悬吊点，另一端连接所述吊具连接件。
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| GR01 | Patent grant |