CN106840726A - 大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验装置，包括可扩展模拟星体框架、可扩展龙门悬挂架、可拼接导轨、吊挂组件、伸展桁架转接板、桁架支撑、滑车、快速吊挂连接件，以及试验对象三组大尺寸高收纳比伸展桁架，该试验装置展开长度达40米；三组伸展桁架通过转接板连接到可扩展模拟星体框架，呈正三角形布置；伸展桁架收拢时，收纳框架、驱动框架的质量通过桁架支撑进行平衡；三组伸展桁架整体放置在可扩展龙门架下方；吊挂组件通过快速吊挂连接件与伸展桁架相连，三组并列伸展桁架的折展单元通过套吊挂组件连接，吊挂组件被动跟随运动。本发明满足单组或多组大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验，验证了大型空间机构展开性能。

Description

大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验方法及装置

技术领域

本发明具体涉及一种大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验方法及装置。

背景技术

为确保航天器型号在轨任务的成功执行，空间展开机构需要在地面进行充分的展开试验以验证机构性能及可靠性，并对展开试验的准确性进行评估。空间展开机构地面展开试验的主要目的为：1)、考核展开机构结构和机构的协调性以及展开功能的可靠性、稳定性；2)、检验展开机构结构与机构部分各向指标与总体技术要求的符合性。

现有空间机构展开试验主要针对太阳翼、SAR天线、空间机械臂等小型空间机构，试验采用气浮和悬挂的方式。对于大尺寸高收纳比伸展桁架等大型空间复杂机构地面展开验证试验装置及方法鲜有文献报道。

发明内容

为了了解决上述技术问题，本发明提供了一种大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验方法及装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验装置，包括可扩展模拟星体框架、可扩展龙门悬挂架、可拼接导轨、吊挂组件、伸展桁架转接板、桁架支撑、滑车、快速吊挂连接件，以及试验对象三组大尺寸高收纳比伸展桁架，该试验装置展开长度达40米；三组伸展桁架通过转接板连接到可扩展模拟星体框架，呈正三角形布置；伸展桁架收拢时，收纳框架、驱动框架的质量通过桁架支撑进行平衡；三组伸展桁架整体放置在可扩展龙门架下方；吊挂组件通过快速吊挂连接件与伸展桁架相连，三组并列伸展桁架的折展单元通过套吊挂组件连接，吊挂组件被动跟随运动；每组吊挂组件连接两个并列的滑车，可在并列的两组可拼接导轨上滑动，跟随三组并联伸展桁架运动，卸载重力。

优选地，可扩展模拟星体框架、可扩展龙门悬挂架、可拼接导轨均为模块化可扩展设计，可以实现任意长度的伸展桁架地面展开试验。

优选地，两排并列可拼接导轨可实现三组并列伸展桁架展开。

优选地，单个桁架折展单元通过吊挂钢丝绳、弹簧秤、花篮螺栓连接；并列三个折展单元通过吊挂连接杆连接；吊挂时，通过调节花篮螺栓长度调节弹簧秤示数，抵消折展单元重量。

优选地，快速吊挂连接件可通过两个蝶形螺钉快速连接到折展单元三角框架上；调节滑块可在连接杆上滑动，调节吊挂质心位置。

利用上述装置进行大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验的试验方法，包括如下步骤：

步骤一、将扩展模拟星体框架和可扩展龙门悬挂架安装展开试验对象布局、轮廓进行搭建；可扩展模拟星体框架采用标准800mm节距桁架拼接，底部安装四个转运底座；

步骤二、将伸展桁架转接板按正三角形状布局安装到可扩展模拟星体框架上；三组收拢状态下的伸展桁架安装到伸展桁架转接板上，并在伸展桁架悬空处增加桁架支撑，保证整体结构稳定性；

步骤三、在可扩展龙门悬挂架下安装可拼接导轨，导轨成双组并联分布，导轨拼接长度为40米，并通过激光跟踪仪利用专用测量工装测量导轨直线度、水平度、平行度，保证导轨直线度0.3mm/m，水平度0.5mm/m，平行度0.5mm/m，并列导轨水平间距为1300±0.2mm，高度间距为0±0.1mm；

步骤四、将上述装配好的三组伸展桁架装运至可扩展龙门架下，并调节伸展桁架指向，保证伸展桁架理论轴线与导轨的平行度在8mm内；

步骤五、调节伸展桁架控制系统，保证三组伸展桁架并联同步展出；

步骤六、将伸出驱动框架的三组折展单元同时安装快速吊挂连接件，并调节吊挂位置；调节花篮螺栓，并观察弹簧秤示数，达到折展单元有效重量停止调节，至此完成单节桁架吊挂展开；

步骤七、重复步骤一至步骤六直到伸展桁架全部有效展开；

步骤八、对展开后的伸展桁架形位精度、模态进行测量测试。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所述试验装置可扩展性强，能够适应任意长度该类伸展桁架单组或多组并联的展开试验，也可以用于太阳翼、SAR等其他空间机构的展开试验，装置利用率高；本发明机构重力补偿调节精度高，可以单独调节每个吊挂点的质心吊挂位置和吊挂质量，各吊点之间影响较小。

附图说明

图1为本发明实施例展开试验装置整体结构示意图；

图2为本发明实施例展开试验装置展开方向正向视图；

图3a为本发明实施例试验对象大尺寸高收纳比伸展桁架收拢图；

图3b为本发明实施例试验对象大尺寸高收纳比伸展桁架展开图；

图4为本发明实施例试验装置快速吊挂连接件；

图5为本发明实施例试验装置吊挂组件；

图6为本发明实施例试验装置导轨滑车；

图7为本发明实施例试验装置可拼接导轨。

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。

如图1-图7所示，本发明实施例提供了一种大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验装置，其特征在于：包括可扩展模拟星体框架1、可扩展龙门悬挂架2、可拼接导轨3、吊挂组件4、伸展桁架转接板6、桁架支撑7、滑车8、快速吊挂连接件9，以及试验对象三组大尺寸高收纳比伸展桁架5，该试验装置展开长度达40米；三组伸展桁架通过转接板6连接到可扩展模拟星体框架1，呈正三角形布置；伸展桁架收拢时，收纳框架5-1、驱动框架5-2的质量通过桁架支撑7进行平衡；三组伸展桁架整体放置在可扩展龙门架2下方；吊挂组件4通过快速吊挂连接件9与伸展桁架5相连，三组并列伸展桁架5的折展单元5-3通过1套吊挂组件4连接，吊挂组件4被动跟随运动；每组吊挂组件4连接两个并列的滑车8，可在并列的两组可拼接导轨3上滑动，跟随三组并联伸展桁架5运动，卸载重力。

可扩展模拟星体框架1、可扩展龙门悬挂架2、可拼接导轨3均为模块化可扩展设计，可以实现任意长度的伸展桁架地面展开试验。

两排并列可拼接导轨3可实现三组并列伸展桁架5展开。

单个桁架折展单元5-3通过吊挂钢丝绳4-2、弹簧秤4-3、花篮螺栓4-4连接；并列三个折展单元5-3通过吊挂连接杆4-1连接；吊挂时，通过调节花篮螺栓4-4长度调节弹簧秤4-3示数，抵消折展单元5-3重量。

快速吊挂连接件9可通过两个蝶形螺钉快速连接到折展单元5-3三角框架上；调节滑块9-1可在连接杆9-2上滑动，调节吊挂质心位置。

请参阅图1至图7，要实现本发明大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验需要对展开运动机构进行重力卸载，模拟在轨展开状态。该试验环境状态实施步骤如下：步骤一，如图1和图2所示，按照机构布局及展开尺寸要求搭建可扩展星体模拟框架1和可扩展龙门架2，满足三组伸展桁架展开刚度和稳定性要求；可扩展龙门架2为通用型高刚度机构展开框架，内部空间可满足三组桁架并联展开，且三个龙门架单元拼接长度大于40米，满足展开试验要求；可扩展星体模拟框架1采用通用800mm节距桁架杆件搭建，底部安装四个转运停放底座用于框架的转运和停放；三组伸展桁架通过转接安装板装配到可扩展星体模拟框架上。步骤二，三组伸展桁架的装配。起吊一组收拢状态的伸展桁架5，将起吊点布置在收纳框架5-1和驱动框架5-2的三角板上，避免起吊引起伸展桁架5塑性变形，如图3a为单组伸展桁架收拢状态。将伸展桁架5吊装到图2中可扩展模拟星体框架1上的转接板6上，并在伸展桁架5下部支上支撑杆7。依次，装配其他两组伸展桁架5，按图2呈正三角形布置。步骤三，在可扩展龙门架2下安装并列两排可拼接导轨3，并用激光跟踪仪和导轨测量工装调节导轨精度，保证滑车8在导轨上滑动顺畅。如图7为可拼接导轨3，由长导轨3-1、拼接短导轨3-3、拼接塞块3-两组成。长导轨长3.4米，由拼接塞块3-2和0.1米拼接短导轨3-3，将长导轨拼接起来，并用紧定螺钉紧固导轨，拼接长度38.4米，满足展开要求。导轨每隔1米与可扩展龙门架设置1个连接点，保证导轨刚度，并在连接点处安装调节块，便于导轨精度调节。用导轨测量工装和激光跟踪仪测量调节两组并列导轨的直线度、水平度、平行度，保证导轨直线度0.3mm/m，水平度0.5mm/m，平行度0.5mm/m，并列导轨水平间距为1300±0.2mm，高度间距为0±0.1mm。调节满足精度要求后，用酒精擦拭清洗导轨。步骤四，以导轨为基准，调整和测量伸展桁架位置，保证伸展桁架理论轴线与导轨的平行度小于8mm。步骤五，安装滑车8和吊挂组件，根据伸展桁架自身理论刚度，确定吊挂数量。由于三组并联放置的桁架同步展开，理论上三组伸展桁架对应的折展单元吊挂点处于同一个平面内。如图2，对处于一个平面内的吊挂点，在并列的导轨上放置两个滑车，并通过图5中连接杆4-1连接，并在连接杆下根据伸展桁架位置布置三个吊挂点。每个折展单元的依次由快速吊挂连接件9、花篮螺栓4-4、30kg弹簧秤4-3、钢丝绳4-2吊挂卸载重力。根据桁架质心分布位置，调节三组吊挂绳之间的位置。如图3，伸展桁架由收拢到完全展开，折展单元展开数量为27个。根据伸展桁架刚度计算，每隔1个单元，布置一个吊点，总共需要布置14套吊挂组件。此类吊挂方案在保证有效卸载伸展桁架质量的情况下，提高了装置的经济性。步骤五，调试伸展桁架控制系统，实现三组伸展桁架并联同步展开。步骤六，进行三组并联伸展桁架展开试验。启动伸展桁架控制程序，伸展桁架沿导轨展开。单组伸展桁架需2名操作人员，进行吊挂连接。当折展单元展出驱动框架5-2时，操作人员将快速吊挂连接件9连接到折展单元5-3的吊点三角框上，并调节滑块9-1的质心吊挂位置。调节花篮螺栓4-4长度，观察弹簧秤4-3示数，当示数等于吊挂质量要求时停止调节。此时，伸展桁架展出部分有效抵消了重力对其影响。依次，完成展出部分吊挂组件的连接。步骤七，运动过程轨迹测量，运用摄影测量单组伸展桁架展开运动特性，三组并联伸展桁架展开同步性能。步骤八，三组伸展桁架完全展开后，用激光跟踪仪测量桁架或摄影测量，测量伸展桁架展开形位精度，检查锁定机构的锁定性。步骤九，测量伸展桁架展开状态模态，按照理论计算在伸展桁架上布置加速度传感器，用锤击法测量伸展桁架频率并进行分析。

综上所述，通过可扩展星体模拟框架、可扩展龙门架搭建大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验承载框架，并通过双排可拼接导轨、并联三组同时吊挂的方案实现展出单元重力卸载，由操作人员在展开过程中隔点进行吊挂连接。该展开试验方案，可扩展性强，经济性好，并能有效进行在轨展开状态模拟，满足此类大尺寸伸展桁架的地面展开试验任务要求。

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 (6)

1.大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验装置，其特征在于：包括可扩展模拟星体框架(1)、可扩展龙门悬挂架(2)、可拼接导轨(3)、吊挂组件(4)、伸展桁架转接板(6)、桁架支撑(7)、滑车(8)、快速吊挂连接件(9)，以及试验对象三组大尺寸高收纳比伸展桁架(5)，该试验装置展开长度达40米；三组伸展桁架通过转接板(6)连接到可扩展模拟星体框架(1)，呈正三角形布置；伸展桁架收拢时，收纳框架(5-1)、驱动框架(5-2)的质量通过桁架支撑(7)进行平衡；三组伸展桁架整体放置在可扩展龙门架(2)下方；吊挂组件(4)通过快速吊挂连接件(9)与伸展桁架(5)相连，三组并列伸展桁架(5)的折展单元(5-3)通过1套吊挂组件(4)连接，吊挂组件(4)被动跟随运动；每组吊挂组件(4)连接两个并列的滑车(8)，可在并列的两组可拼接导轨(3)上滑动，跟随三组并联伸展桁架(5)运动，卸载重力。

2.根据权利要求1所述一种大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验装置，其特征在于：可扩展模拟星体框架(1)、可扩展龙门悬挂架(2)、可拼接导轨(3)均为模块化可扩展设计，可以实现任意长度的伸展桁架地面展开试验。

3.根据权利要求1所述一种大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验装置，其特征在于：两排并列可拼接导轨(3)可实现三组并列伸展桁架(5)展开。

4.根据权利要求1所述一种大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验装置，其特征在于：单个桁架折展单元(5-3)通过吊挂钢丝绳(4-2)、弹簧秤(4-3)、花篮螺栓(4-4)连接；并列三个折展单元(5-3)通过吊挂连接杆(4-1)连接。

5.根据权利要求1所述一种大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验装置，其特征在于：快速吊挂连接件(9)可通过两个蝶形螺钉快速连接到折展单元(5-3)三角框架上；调节滑块(9-1)可在连接杆(9-2)上滑动，调节吊挂质心位置。

6.一种利用权利要求1所述装置进行大尺寸高收纳比伸展桁架展开试验的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、将扩展模拟星体框架(1)和可扩展龙门悬挂架(2)安装展开试验对象布局、轮廓进行搭建；可扩展模拟星体框架采用标准800mm节距桁架拼接，底部安装四个转运底座；

步骤二、将伸展桁架转接板(6)按正三角形状布局安装到可扩展模拟星体框架上；三组收拢状态下的伸展桁架(5)安装到伸展桁架转接板(6)上，并在伸展桁架(5)悬空处增加桁架支撑(7)，保证整体结构稳定性；

步骤三、在可扩展龙门悬挂架(2)下安装可拼接导轨(3)，导轨成双组并联分布，导轨拼接长度为40米，并通过激光跟踪仪利用专用测量工装测量导轨直线度、水平度、平行度，保证导轨直线度0.3mm/m，水平度0.5mm/m，平行度0.5mm/m，并列导轨水平间距为1300±0.2mm，高度间距为0±0.1mm；

步骤四、将上述装配好的三组伸展桁架装运至可扩展龙门架下，并调节伸展桁架指向，保证伸展桁架理论轴线与导轨的平行度在8mm内；

步骤五、调节伸展桁架控制系统，保证三组伸展桁架并联同步展出；

步骤六、将伸出驱动框架(5-2)的三组折展单元(5-3)同时安装快速吊挂连接件(9)，并调节吊挂位置；调节花篮螺栓(4-4)，并观察弹簧秤(4-3)示数，达到折展单元有效重量停止调节，至此完成单节桁架吊挂展开；

步骤七、重复步骤一至步骤六直到伸展桁架全部有效展开；

步骤八、对展开后的伸展桁架形位精度、模态进行测量测试。