CN107215490B - 一种小型高刚度真空环境模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型高刚度真空环境模拟装置，包括：结构支撑系统：主要由内外舱体、内外舱体之间的水泥层、刚性地基以及舱门组成；真空环境保障系统：包括螺杆真空泵、扩散泵以及连接管路等，可提供并维持特定的舱内气压值和真空度；真空环境监测系统：主要包括压力监测表、温度监测表和观测镜，可以实时监测舱内气压、温度和试验动态；微振动试验配套系统：主要由接线端子和内舱接口等组成，接线端子可实现将舱内试验线缆与外部连接，内舱接口可为试验提供高刚度的安装界面。该小型高刚度真空环境模拟装置可以为航天器活动部件地面微振动试验模拟在轨真空环境，并提供所需的高刚度测试条件。

Description

一种小型高刚度真空环境模拟装置

技术领域

本发明涉及真空环境模拟的技术领域，具体涉及一种小型高刚度真空环境模拟装置，在真空环境下具有良好的刚性地基，可提供满足实验要求的地面微振动时航天器活动部件实际真空环境。

背景技术

为消除大气压造成的初始应力对航天器活动部件扰动特性测试的影响，获取接近在轨状态的扰动特性，需要在地面微振动时研制能够模拟航天器活动部件实际真空环境的真空设备。在真空环境下开展扰动力测试需要有良好的刚性地基，目前真空罐均不具备条件。针对现有真空罐刚度不满足测试要求的问题，需要研制了满足航天器活动部件地面真空环境测试精度和刚性要求的小型高刚度真空环境模拟装置。该装置可提供六分量测力平台、激振器安装和试件悬吊的接口。利用小型高刚度真空环境模拟装置和六分量测力平台，可形成具备扰动力测试能力的真空环境。这对于卫星活动部件真空环境扰动特性试验分析并消除扰动从而提高航天器的姿态控制精度和加强航天器的安全设计有着非常重要的工程意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有真空罐刚度无法满足航天器活动部件实际真空环境测试要求的不足，研制了一种小型高刚度真空环境模拟装置。满足航天器活动部件地面真空环境测试精度和刚性要求，为卫星活动部件真空环境扰动特性试验提供可靠的测试环境。

本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小型高刚度真空环境模拟装置，包括结构支撑系统、真空环境保障系统、真空环境监测系统以及微振动试验配套系统，其中：

结构支撑系统主要由内舱体、外舱体、内外舱体之间的水泥层、刚性地基以及舱门组成，内舱体、外舱体之间用水泥灌实，外舱体安装在刚性地面基础，开口一面装有舱门，舱门与外舱体之间有橡皮垫圈，用螺栓将舱门和外舱体之间橡皮垫圈压紧后可实现气密封；

真空环境保障系统包括螺杆真空泵、扩散泵以及软管，螺杆真空泵、扩散泵通过橡胶层安装在地面，并且通过橡皮软管与外舱体连接，真空环境保障系统可以提供并维持试验所需的舱内气压值和真空度，并且真空环境保障系统与结构支撑系统之间采用软管连接，不会对整个试验系统附加额外的振动；

真空环境监测系统主要由压力监测表、温度监测表以及观测镜组成，压力监测表安装在抽气口管路上，在螺杆泵前端，温度监测表采用数显温度传感器置于舱室内部，通过接线端口连接外部显示端，外舱体一侧安装有钢化玻璃的观测镜，真空环境监测系统可以实时监测舱内气压和温度，并且能够实时观察到内部试验情况；

微振动试验配套系统主要由接线端子以及内舱接口组成，接线端子可以实现将舱内试验线缆与外部连接，内舱预留的内舱接口是为测试设备提供高刚度的安装接口，内舱预留的螺纹接口可以为测试设备提供高刚度的安装界面，接线端子可以实现将舱内试验线缆与外部连接，且具有高气密性。

其中，内舱体、外舱体均由一面开口的五面体钢壳组成，内舱体、外舱体之间用水泥灌实，内舱体内侧至外舱体外侧厚度为80mm，可以保证较高的刚度和强度，外舱体开口一面装有舱门，舱门与外舱体之间有橡皮垫圈，用螺栓将舱门和外舱体之间橡皮垫圈压紧后可实现气密封，外舱体安装在刚性地面基础，可为试验提供所需的高刚度基础支撑，并且外舱体上留有接线端子、抽气端口以及观测镜。

其中，真空环境保障系统所有设备均安装在舱室外部，螺杆真空泵、扩散泵通过橡胶层安装在地面，并且通过橡皮软管与外舱连接。

其中，真空环境监测系统采用LED绿屏数字显示，具有快速的反应速度和宽广的测量范围，安装在抽气端口管路上，在螺杆泵前端，温度监测表采用数显温度传感器置于舱室内部，通过接线端口连接外部显示端，外舱体一侧安装有钢化玻璃的观测镜，可以实时观测内部试验系统。

其中，内舱体预留的螺纹接口可以安装六分量测力平台和激振器等测试设备，且具有较高的安装刚度。

本发明原理在于：一种小型高刚度真空环境模拟装置，包括小型结构支撑系统、真空环境保障系统、真空环境监测系统以及微振动试验配套系统组成，结构支撑系统主要由内外舱体、内外舱体之间的水泥层、刚性地基以及舱门组成，可为其它系统、以及测试设备提供所需的支撑条件，并且具有高刚度、高强度以及高气密性特点。真空环境保障系统主要包括螺杆真空泵、扩散泵以及连接管路等，可以提供并维持试验所需的舱内气压值和真空度，并且真空环境保障系统与结构支撑系统之间采用软管连接，不会对整个试验系统附加额外的振动。真空环境监测系统主要由压力监测表、温度监测表以及观测镜等组成，可以实时监测舱内气压和温度，并且能够实时观察到内部试验情况。微振动试验配套系统主要由接线端子以及内舱接口等组成，内舱预留的螺纹接口可以为测试设备提供高刚度的安装界面，接线端子可以实现将舱内试验线缆与外部连接，且具有高气密性。所述的结构支撑系统主要由内外舱体、内外舱体之间的水泥层、刚性地基以及舱门组成。所述的真空环境保障系统主要包括螺杆真空泵、扩散泵以及连接管路等，真空环境保障系统所有设备均安装在舱室外部，螺杆真空泵、扩散泵通过橡胶层安装在地面，并且通过橡皮软管与外舱连接。所述的螺杆真空泵采用YASHANDA ORV30型螺杆真空泵，当其不连接舱体单独工作时，可将气压抽至0.5Pa以下，当连接舱体时，可将气压抽至10Pa以下，且具有运转平稳，低噪音和低振动等特点。所述的扩散泵采用STKS-260型扩散泵排气台，当其连接舱体工作时，可将气压抽至0.5Pa以下。所述的真空环境监测系统主要由压力监测表、温度监测表以及观测镜等组成。压力监测表采用ZDR-1型电阻真空计，其采用LED绿屏数字显示，安装在抽气口管路上，在螺杆泵前端。所述的微振动试验配套系统主要由接线端子以及内舱接口等组成，接线端子可以实现将舱内试验线缆与外部连接。内舱预留的螺纹接口可以安装六分量测力平台和激振器等测试设备。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明通过设计了内外舱体，内外舱体由一面开口的五面体钢壳组成，钢壳厚50mm，且内外舱之间用水泥灌实，保证较高了的刚度和强度。外舱安装在刚性地面基础，可为试验提供所需的高刚度基础支撑。满足了航天器活动部件地面真空环境测试刚性要求，使得测量精度大大提高。

(2)本发明将真空环境保障系统所有设备均安装在舱室外部，螺杆真空泵、扩散泵通过橡胶层安装在地面，极大地避免真空环境保障系统工作时产生的振动对试验测试的干扰。

(3)本发明通过软管连接真空环境保障系统与结构支撑系统，可以提供并维持试验所需的舱内气压值和真空度，并且不会对整个试验系统附加额外的振动。提高了测量的可靠性。

(4)本发明的内舱预留的螺纹接口可以为测试设备提供高刚度的安装界面，接线端子可以实现将舱内试验线缆与外部连接，具有高气密性，提高了测量系统的适应性。

附图说明

图1为本发明小型高刚度真空环境模拟装置结构示意图；

图2为本发明实施例1中舱体内部试验设施放置示意图；

图3为螺杆真空泵工作原理图；

图4为扩散泵工作原理图。

图中附图标记含义为：1为外舱体，2为内舱体，3为压力监测表，4为软管，5为扩散泵，6为螺杆真空泵，7为刚性地基，8为接线端子，9为内舱接口，10为观测镜，11为水泥层，12为抽气端口，13为温度监测表。31为排气侧，32为螺杆，33为吸气侧，34为泵体。41为冷却水，42为排气口，43为进气口，44为水冷套，45为喷油嘴，46为导流管，47为泵壳，48为加热器。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明的航天器活动部件地面试验模拟地面实际真空环境的真空设备包括结构支撑系统、真空环境保障系统、真空环境监测系统以及微振动试验配套系统组成。其中结构支撑系统包括刚性地基7、内舱体2、外舱体1、内外舱体间的水泥层11，可为其它系统、以及测试设备提供所需的支撑条件，并且具有高刚度、高强度以及高气密性特点。真空环境保障系统主要包括螺杆真空泵6、扩散泵5以及软管4等，可以提供并维持试验所需的舱内气压值和真空度，并且真空环境保障系统与结构支撑系统之间采用软管4连接，不会对整个试验系统附加额外的振动。真空环境监测系统主要由压力监测表3、温度监测表13以及观测镜10等组成，可以实时监测舱内气压和温度，并且能够实时观察到内部试验情况。微振动试验配套系统主要由接线端子8以及内舱接口9等组成，内舱预留的螺纹接口可以为测试设备提供高刚度的安装界面，接线端子8可以实现将舱内试验线缆与外部连接，且具有高气密性。

在实施例1中，微振动测试台和动量轮放在真空罩内舱体2中，如图2所示；微振动试验配套设备主要由接线端子8和内部测试台连接。接线端子9可以实现将内舱2实验线缆与外部连接，并具有高气密性。内舱体2和外舱体1留有抽气端口12，使得螺杆真空泵6、扩散泵5和压力检测表3、温度监测表13可以和舱体内部通过软管4连接。真空环境保障系统提供并维持试验所需的舱内气压值和真空度。其中的螺杆真空泵6、扩散泵5均使用软管4通过抽气端口12与舱内连接。测试过程中，主要通过观测镜10来观察内部实验情况。真空环境监测系统主要由压力监测表3、温度监测表13和观测镜10组成，实时监测舱内气压、温度和实验情况。

如图3所示，螺杆真空泵是把两个经过严格动平衡校正、用轴承做支撑的螺杆，安装在泵腔内，并在两个螺杆之间留下合理的空隙。此设备在运转的时候，两个转子在泵腔内作同步高速反向旋转，由此来产生吸气和排气。它能使气体不断的吸入和排出，借以达到抽气目的。因为转子经过严格的动平衡校正，并且两个轮子间也留下了合理的间隙，因此泵工作时，转子不会相磨擦，运转平稳，噪音低，并且工作腔内不需润滑油，消耗功率低，具有节能，免维修等优点，适用于噪音要求比较高的环境。

如图4所示，扩散泵主要由泵体、喷油嘴、导流管、加热器、扩散器、冷却系统部分组成。由于扩散泵进气口附近被抽气体的分压强高于蒸气流中该气体的分压强。这样，被抽气体分子沿着蒸气方向高速运动，气体分子碰到泵壁又反射回来，再受到蒸气流碰撞而重新沿蒸气流方向流向泵壳。经过几次碰撞后，气体分子被压缩到低真空端，再由下几级喷嘴喷出的蒸气进气多级压缩，最后由前级泵抽走，而油蒸气在冷却的泵壁上被冷凝后又返回到下层重新被加热，如此循环工作达到抽气目的。

Claims (5)

1.一种小型高刚度真空环境模拟装置，其特征在于：包括结构支撑系统、真空环境保障系统、真空环境监测系统以及微振动试验配套系统，其中：

结构支撑系统主要由内舱体(2)、外舱体(1)、内外舱体之间的水泥层(11)、刚性地基(7)以及舱门组成，内舱体(2)、外舱体(1)之间用水泥灌实，外舱体(1)安装在刚性地基(7)，开口一面装有舱门，舱门与外舱体(1)之间有橡皮垫圈，用螺栓将舱门和外舱体(1)之间橡皮垫圈压紧后可实现气密封；

真空环境保障系统包括螺杆真空泵(6)、扩散泵(5)以及软管(4)，螺杆真空泵(6)、扩散泵(5)通过橡胶层安装在地面，并且通过橡皮软管(4)与外舱体(1)连接，真空环境保障系统可以提供并维持试验所需的舱内气压值和真空度，并且真空环境保障系统与结构支撑系统之间采用软管(4)连接，不会对整个试验系统附加额外的振动；

真空环境监测系统主要由压力监测表(3)、温度监测表(13)以及观测镜(10)组成，压力监测表(3)安装在抽气端口(12)管路上，在螺杆真空泵(6)前端，温度监测表(13)采用数显温度传感器置于舱室内部，通过接线端口连接外部显示端，外舱体(1)一侧安装有钢化玻璃的观测镜(10)，真空环境监测系统可以实时监测舱内气压和温度，并且能够实时观察到内部试验情况；

微振动试验配套系统主要由接线端子(8)以及内舱接口(9)组成，接线端子(8)可以实现将舱内试验线缆与外部连接，内舱预留的内舱接口(9)是为测试设备提供高刚度的安装接口，内舱预留的螺纹接口可以为测试设备提供高刚度的安装界面，接线端子(8)可以实现将舱内试验线缆与外部连接，且具有高气密性。

2.根据权利要求1所述的小型高刚度真空环境模拟装置，其特征在于：内舱体(2)、外舱体(1)均由一面开口的五面体钢壳组成，内舱体(2)、外舱体(1)之间用水泥灌实，内舱体(2)内侧至外舱体(1)外侧厚度为80mm，可以保证较高的刚度和强度，外舱体(1)开口一面装有舱门，舱门与外舱体(1)之间有橡皮垫圈，用螺栓将舱门和外舱体(1)之间橡皮垫圈压紧后可实现气密封，外舱体(1)安装在刚性地基(7)，可为试验提供所需的高刚度基础支撑，并且外舱体(1)上留有接线端子(8)、抽气端口(12)以及观测镜(10)。

3.根据权利要求1所述的小型高刚度真空环境模拟装置，其特征在于：真空环境保障系统所有设备均安装在舱室外部，螺杆真空泵(6)、扩散泵(5)通过橡胶层安装在地面，并且通过橡皮软管(4)与外舱体(1)连接。

4.根据权利要求1所述的小型高刚度真空环境模拟装置，其特征在于：真空环境监测系统采用LED绿屏数字显示，具有快速的反应速度和宽广的测量范围，安装在抽气端口(12)管路上，在螺杆真空泵(6)前端，温度监测表(13)采用数显温度传感器置于舱室内部，通过接线端口连接外部显示端，外舱体(1)一侧安装有钢化玻璃的观测镜(10)，可以实时观测内部试验系统。

5.根据权利要求1所述的小型高刚度真空环境模拟装置，其特征在于：内舱体(2)预留的螺纹接口可以安装六分量测力平台和激振器测试设备，且具有较高的安装刚度。