CN104375103A - 用于卫星整星磁测试的试验夹具装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于卫星整星磁测试的试验夹具装置，包括一个+Y侧桁架式结构夹具；+Y侧桁架式结构夹具包括X向下斜杆、X向横杆、Y向下斜杆、Y向横杆、上端斜杆、卫星一侧短竖杆、卫星一侧长竖杆、磁测试转台框架一侧长杆以及多组标准连接件；还包括一对-Y侧槽型夹具，其中，所述一个+Y侧桁架式结构夹具与所述一对-Y侧槽型夹具相对设置。本发明根据某型卫星磁测试要求，需完成卫星三轴剩磁测试，现有卫星无磁测试转台仅能提供一维转动，卫星需通过三维转动才能完成三轴剩磁测试，需通过特定的工装夹具将卫星绕Y轴转动以改变卫星的放置状态，来实现三维转动功能。
Description
技术领域
本发明涉及试验夹具装置，尤其是一种用于卫星磁测试时满足卫星翻转要求的卫星与磁测试转台连接装置，具体地，涉及一种用于卫星整星磁测试的试验夹具装置。
背景技术
磁特性是卫星姿态控制与稳定的重要特性之一。某型卫星在入轨后的分离初期，姿控模块是采用磁测磁控的方案，同时在整个任务阶段需用磁棒进行轮速卸载，因此对星体剩磁和磁干扰均有设计要求，如果星体存在较大剩余磁矩，一方面会影响其主要姿态敏感器——磁强计的精度，带来定姿误差；另一方面剩磁矩在地磁场的作用下产生干扰磁力矩，给控制系统带来负面影响。因此需对整星进行磁测试，以对整星进行剩磁控制，同时减少磁干扰。
根据卫星磁试验方法，卫星需通过三维转动才能完成三轴剩磁测试。卫星放置在转台上的状态，共有两种状态，第一种状态示意图如图9(a)，可以完成卫星X、Y两方向的剩磁测试；第二种状态示意图如图9(b)，可实现Y、Z方向的剩磁测试。
由于目前卫星磁测试转台仅能提供一维转动，需通过人工改变卫星的放置状态，即通过特定的夹具将卫星绕Y轴转动以改变卫星的放置状态，来实现三维转动功能。
根据上述要求，必须结合某型卫星的构型和磁测试转台的具体特点，研制能与卫星和转台相匹配，符合某型卫星磁测试使用要求的专用夹具。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明根据某型卫星磁测试要求，需完成卫星三轴剩磁测试，现有卫星无磁测试转台仅能提供一维转动，卫星需通过三维转动才能完成三轴剩磁测试，需通过特定的工装夹具将卫星绕Y轴转动以改变卫星的放置状态，来实现三维转动功能。本发明的目的是结合某型卫星的构型和磁测试转台的具体特点，提供一种能与卫星和磁测试转台工装相匹配，符合某型卫星磁测试使用要求的试验夹具装置，以满足某型卫星研制要求。
根据本发明提供的一种用于卫星整星磁测试的试验夹具装置，包括一个辅以活动构件的+Y侧桁架式结构夹具；
+Y侧桁架式结构夹具包括X向下斜杆、X向横杆、Y向下斜杆、Y向横杆、上端斜杆、卫星一侧短竖杆、卫星一侧长竖杆、磁测试转台框架一侧长杆以及多组标准连接件；
卫星一侧短竖杆、卫星一侧长竖杆以及两根磁测试转台框架一侧长杆之间平行设置；
X向下斜杆采用活动构件，X向下斜杆的两端通过标准连接件分别连接卫星一侧短竖杆、卫星一侧长竖杆；
两根磁测试转台框架一侧长杆之间连接有多根X向横杆；
卫星一侧长竖杆与两根中的一根磁测试转台框架一侧长杆之间连接有多根Y向横杆；
卫星一侧短竖杆与两根中的另一根磁测试转台框架一侧长杆之间连接有多根Y向横杆；
卫星一侧长竖杆的下部与两根中的一根磁测试转台框架一侧长杆下部之间连接有Y向下斜杆；
卫星一侧长竖杆上部与两根中的一根磁测试转台框架一侧长杆上部之间连接有一根上端斜杆；
卫星一侧短竖杆上部与两根中的另一根磁测试转台框架一侧长杆上部之间连接有另一根上端斜杆；
所述一根上端斜杆与所述另一根上端斜杆之间连接有X向横杆；
连接卫星一侧长竖杆上部的Y向横杆与连接卫星一侧短竖杆上部的Y向横杆之间连接有X向横杆。
优选地，还包括一对-Y侧槽型夹具，其中，所述一个+Y侧桁架式结构夹具与所述一对-Y侧槽型夹具相对设置。
优选地，X向下斜杆、X向横杆、Y向下斜杆、Y向横杆、上端斜杆、卫星一侧短竖杆、卫星一侧长竖杆、磁测试转台框架一侧长杆采用方形空心型钢。
优选地，所述一对-Y侧槽型夹具采用壁厚4mm钢板的槽型结构，焊以加强筋。
优选地，所述方形空心型钢为边长40mm、壁厚3mm的冷拔异型方形钢管。
优选地，标准连接件包括M6螺栓、垫圈、弹垫、螺母；
X向下斜杆利用4组M6螺栓、垫圈、弹垫、螺母分别与卫星一侧短竖杆、卫星一侧长竖杆连接。
优选地，除了X向下斜杆，所述+Y侧桁架式结构夹具的其它部件之间焊接连接。
优选地，所述+Y侧桁架式结构夹具所有连接焊接处焊缝着色探伤，外观检查不允许有开口的气孔和裂纹。
优选地，所述用于卫星整星磁测试的试验夹具装置上的与卫星连接一侧安装孔均待焊接完成后根据卫星吊点位置、尺寸并避开星体外单机加工安装孔作为卫星连接孔。
优选地，所述用于卫星整星磁测试的试验夹具装置上与卫星连接孔确定后，根据卫星质心高度确定出所述用于卫星整星磁测试的试验夹具装置上卫星质心所在平面，在确定+Y侧桁架式夹具和-Y侧槽型夹具与磁测试转台框架连接孔位置尺寸时，确保磁测试转台框架旋转轴通过卫星质心。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明根据某型卫星磁测试要求，需完成卫星三轴剩磁测试，现有卫星无磁测试转台仅能提供一维转动，卫星需通过三维转动才能完成三轴剩磁测试，需通过特定的工装夹具将卫星绕Y轴转动以改变卫星的放置状态，来实现三维转动功能。本发明结合了某型卫星的构型和磁测试转台的具体特点，提供一种能与卫星和磁测试转台工装相匹配，符合某型卫星磁测试使用要求的试验夹具装置，以满足某型卫星研制要求。
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为本发明用于卫星整星磁测试的试验夹具装置的结构示意图；
图2为本发明用于卫星整星磁测试试验夹具装置的-Y向视图及其左视图；
图3为本发明用于卫星整星磁测试试验夹具装置的+Y向视图及其左视图；
图4为本发明用于卫星整星磁测试试验夹具装置的X向下斜杆(活动构件)及其右视图；
图5为本发明用于卫星整星磁测试试验夹具装置的卫星-Y侧磁测试夹具a；
图6为本发明用于卫星整星磁测试试验夹具装置的卫星-Y侧磁测试夹具b；
图7为使用本发明进行某型卫星磁测试第一种状态时模装示意图，实现卫星X、Y两方向的剩磁测试；
图8为使用本发明进行某型卫星磁测试第二种状态时模装示意图，即将图7翻转90°，实现卫星Y、Z两方向的剩磁测试；
图9为卫星放置在转台上的两种状态。
图中：
1为X向下斜杆，2为X向横杆，3为Y向下斜杆，4为Y向横杆，5为上端斜杆，6为卫星一侧短竖杆，7为卫星一侧长竖杆，8为磁测试转台框架一侧长杆，9为标准连接件，10为-Y侧磁测试夹具槽型基体，11为-Y侧磁测试夹具加强筋，12为-Y侧磁测试夹具槽型基体，13为-Y侧磁测试夹具加强筋，14为+Y侧夹具与磁测试转台框架相连的8个安装孔，15为-Y侧夹具上4个与卫星连接的安装孔，16为-Y侧夹具上与磁测试转台框架连接的安装孔，17为磁测试转台框架，18为-Y侧槽型夹具，19为+Y侧桁架式结构夹具。
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。
根据卫星构型和现有磁测试转台提供的卫星停放空间，同时夹具与卫星连接时必须避开+Y侧遮光罩和上部有效载荷，保证夹具能与卫星和磁测试转台框架可靠连接，基于上述因素来确定磁测试夹具构型。
请同时参阅图1至图8，一种用于卫星整星磁测试的试验夹具装置，包括一个+Y侧桁架式结构夹具，辅以活动构件，还包括一对-Y侧槽型夹具，辅以加强筋板。
+Y侧桁架式结构夹具主要由X向下斜杆1(活动构件)、X向横杆2、Y向下斜杆3、Y向横杆4、上端斜杆5、卫星一侧短竖杆6、卫星一侧长竖杆7、磁测试转台框架一侧长杆8和4组标准连接件9(螺栓螺母平垫弹垫)组成。除X向下斜杆1外，其余各杆均采用焊接连接，X向下斜杆1通过标准连接件9与其余部分连接。
卫星一侧短竖杆6，其上开有Ф16和Ф14的孔，分别用于+Y侧夹具通过M14和M10螺栓与卫星+Y侧星体连接。
卫星一侧长竖杆7，其上开有Ф16和Ф14的孔，分别用于+Y侧夹具通过M14和M10螺栓与卫星+Y侧星体连接。
转台框架一侧长杆8，其上开有8个Ф13.5的孔，用于+Y侧夹具通过8个M12的螺栓与转台框架连接。
X向下斜杆1采用活动构件，其结构如图4。根据卫星+Y侧布局特点，若X向下斜杆1采用固定结构，将使夹具与星外单机干涉，造成夹具无法与卫星连接。该活动件两端分别焊接厚度3mm的同材料钢板，其角度适应夹具构型要求，其上开有Ф6.6的通孔，通过其两端共4个M6的螺钉与卫星一侧短竖杆6和卫星一侧长竖杆7连接，见图1、图2、图3。
适应卫星+Y侧上部有效载荷的要求，+Y侧磁测试夹具上部夹具间连接采用倾斜式结构，中部靠近该单机的夹具的一根X向横杆2向+Y一侧偏移后，与2根Y向横杆4连接，以避免与有效载荷干涉，见图1和图7。
X向横杆2、Y向下斜杆3、Y向横杆4、上端斜杆5通过焊接连接方式将卫星一侧短竖杆6、卫星一侧长竖杆7和2根转台框架一侧长杆8有机连接在一起。
一对-Y侧槽型夹具采用1Cr18Ni9Ti不锈钢板制成，辅以6块同材料的加强筋板，所有连接处焊接连接，为便于夹具安装操作，该一对夹具安装时槽开口一侧分别朝外，见图7和图8。
-Y侧磁测试夹具a由-Y侧磁测试夹具槽型基体10和-Y侧磁测试夹具加强筋11组成，焊接完成后先加工出与卫星连接安装孔，进而根据卫星质心高度确定出该夹具上的卫星质心所在平面，根据转台框架旋转轴通过卫星质心的要求，进而确定出该夹具与转台框架连接的4个安装孔位置。
-Y侧磁测试夹具b由-Y侧磁测试夹具槽型基体12和-Y侧磁测试夹具加强筋13组成，焊接完成后先加工出与卫星连接安装孔，进而根据卫星质心高度确定出该夹具上的卫星质心所在平面，根据转台框架旋转轴通过卫星质心的要求，进而确定出该夹具与转台框架连接的4个安装孔位置。
本发明的工作过程及原理如下：
卫星磁试验时，首先将+Y和-Y侧磁测试夹具分别用与整星吊点同规格螺钉与卫星连接，在连接+Y侧桁架式夹具时，注意将该夹具从上方开始缓慢下移靠近星体，与卫星连接好后，再连接活动构件，确保夹具刚度否则与星外单机干涉无法安装；然后将卫星吊起置于磁测试转台卫星停放空间，由于在夹具设计时已按照磁测试转台接口尺寸要求，根据转台框架、卫星停放空间，精心分配了磁测试夹具沿转台框架旋转轴轴向(亦即卫星Y向)尺寸，此时+Y侧用7个M12的螺栓平垫弹垫将桁架式夹具与转台框架相连(其中靠近遮光罩处间隙太小一螺钉无法安装)，-Y侧用8个M12的螺栓平垫弹垫将2个槽型夹具与转台框架相连。在图7所示状态时，可以进行卫星X、Y两方向的剩磁测试。该状态完成后转动磁测试转台手柄，将卫星翻转90°至图8所示状态，可实现对Y、Z方向的剩磁测试。
磁测试夹具焊接连接处,焊缝着色探伤，外观检查不允许有开口的气孔和裂纹。
为验证磁测试夹具的结构力学特性是否合理，根据夹具的结构构型、材料参数和卫星质心位置，对磁测试夹具进行了一体化的结构力学分析。卫星由垂直状态转向水平状态的过程中，经分析：卫星工装处于水平位置时，是最危险的情况。按照该分析工况计算，夹具最大位移为0.333mm，最大应力为31.4Mpa，临界载荷系数为186.8。即使考虑冲击的影响，磁测试夹具也是安全可靠的，能够满足某型卫星磁测试要求。
本发明卫星整星磁测试夹具装置已经在某型卫星初样和正样磁测试中使用，在实际使用中效果良好，解决了某型卫星初样和正样磁测试工装缺乏问题，满足了卫星研制过程中的磁试验要求。
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 (10)
1.一种用于卫星整星磁测试的试验夹具装置，其特征在于，包括一个+Y侧桁架式结构夹具；
+Y侧桁架式结构夹具包括X向下斜杆、X向横杆、Y向下斜杆、Y向横杆、上端斜杆、卫星一侧短竖杆、卫星一侧长竖杆、磁测试转台框架一侧长杆以及多组标准连接件；
卫星一侧短竖杆、卫星一侧长竖杆以及两根磁测试转台框架一侧长杆之间平行设置；
X向下斜杆采用活动构件，X向下斜杆的两端通过标准连接件分别连接卫星一侧短竖杆、卫星一侧长竖杆；
两根磁测试转台框架一侧长杆之间连接有多根X向横杆；
卫星一侧长竖杆与两根中的一根磁测试转台框架一侧长杆之间连接有多根Y向横杆；
卫星一侧短竖杆与两根中的另一根磁测试转台框架一侧长杆之间连接有多根Y向横杆；
卫星一侧长竖杆的下部与两根中的一根磁测试转台框架一侧长杆下部之间连接有Y向下斜杆；
卫星一侧长竖杆上部与两根中的一根磁测试转台框架一侧长杆上部之间连接有一根上端斜杆；
卫星一侧短竖杆上部与两根中的另一根磁测试转台框架一侧长杆上部之间连接有另一根上端斜杆；
所述一根上端斜杆与所述另一根上端斜杆之间连接有X向横杆；
连接卫星一侧长竖杆上部的Y向横杆与连接卫星一侧短竖杆上部的Y向横杆之间连接有X向横杆。
2.根据权利要求1所述的用于卫星整星磁测试的试验夹具装置，其特征在于，还包括一对-Y侧槽型夹具，其中，所述一个+Y侧桁架式结构夹具与所述一对-Y侧槽型夹具相对设置。
3.根据权利要求1所述的用于卫星整星磁测试的试验夹具装置，其特征在于，X向下斜杆、X向横杆、Y向下斜杆、Y向横杆、上端斜杆、卫星一侧短竖杆、卫星一侧长竖杆、磁测试转台框架一侧长杆采用方形空心型钢。
4.根据权利要求2所述的用于卫星整星磁测试的试验夹具装置，其特征在于，所述一对-Y侧槽型夹具采用壁厚4mm钢板的槽型结构，焊以加强筋。
5.根据权利要求3所述的用于卫星整星磁测试的试验夹具装置，其特征在于，所述方形空心型钢为边长40mm、壁厚3mm的冷拔异型方形钢管。
6.根据权利要求1所述的用于卫星整星磁测试的试验夹具装置，其特征在于，标准连接件包括M6螺栓、垫圈、弹垫、螺母；
X向下斜杆利用4组M6螺栓、垫圈、弹垫、螺母分别与卫星一侧短竖杆、卫星一侧长竖杆连接。
7.根据权利要求1所述的用于卫星整星磁测试的试验夹具装置，其特征在于，除了X向下斜杆，所述+Y侧桁架式结构夹具的其它部件之间焊接连接。
8.根据权利要求7所述的用于卫星整星磁测试的试验夹具装置，其特征在于，所述+Y侧桁架式结构夹具所有连接焊接处焊缝着色探伤，外观检查不允许有开口的气孔和裂纹。
9.根据权利要求1或2所述的用于卫星整星磁测试的试验夹具装置，其特征在于，所述用于卫星整星磁测试的试验夹具装置上的与卫星连接一侧安装孔均待焊接完成后根据卫星吊点位置、尺寸并避开星体外单机加工安装孔作为卫星连接孔。
10.根据权利要求9所述的用于卫星整星磁测试的试验夹具装置，其特征在于，所述用于卫星整星磁测试的试验夹具装置上与卫星连接孔确定后，根据卫星质心高度确定出所述用于卫星整星磁测试的试验夹具装置上卫星质心所在平面，在确定+Y侧桁架式夹具和-Y侧槽型夹具与磁测试转台框架连接孔位置尺寸时，确保磁测试转台框架旋转轴通过卫星质心。
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