CN107421701B - 一种空间可展环形天线桁架支撑结构间隙实验装置 - Google Patents

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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明公开了一种空间可展环形天线桁架支撑结构间隙实验装置，属于空间可展环形天线结构动力学实验技术领域。该实验装置由多组胞元首尾连接组成，每个胞元包括铰链、连接杆件。连接杆件包括横杆、竖杆及斜杆；铰链包括同步铰、T型铰。铰链是空间可展环形天线桁架支撑结构的横杆、竖杆及斜杆连结节点。横杆设置在环形桁架结构的横向；竖杆设置在环形桁架结构的竖向；斜杆设置在环形桁架结构的斜向，且斜杆用以连接桁架结构中的T型铰。通过设计间隙尺寸，模拟不同间隙值影响下空间可展环形天线桁架支撑结构的动力学行为。同时，通过使用不同尺寸的杆件，可以模拟不同尺寸下的整体结构动力学特性，试件的通用性强。

Description

一种空间可展环形天线桁架支撑结构间隙实验装置
技术领域
本发明公开了一种用于研究空间可展环形天线桁架含铰支撑结构动力学特征的实验装置，属于空间可展环形天线结构动力学实验技术领域，尤其涉及一种能够模拟不同铰链间隙对空间可展桁架天线支撑结构振动特性影响的实验装置。
背景技术
随着航天工业的发展，大尺度空间结构得到了广泛的应用。由于航天器运载能力的限制，可展开的空间结构构型成为大尺度空间结构设计的首选。大尺度空间结构反射在卫星通讯、对地监测以及信号搜集等领域得到了广泛应用。为了满足结构可展开的需要，空间可展环形桁架天线支撑结构中存在着大量的铰链，铰链间隙的存在不可避免，这将影响结构的刚度及稳定性，对天线的工作效能产生较大的影响。铰链间隙对整体结构的影响成为空间可展结构研究的要点。
空间可展环形桁架结构是大型空间可展天线结构的一种经典构型，为天线的形面的形成提供支撑，保持结构的稳定。但由于结构满足可展开的需要，结构中存在着大量的铰链，间隙的存在将导致结构刚度特性发生宏观改变，进而导致其稳定性较差。因此，对于含铰环形桁架的动力学特性的研究可以为实际工程提供重要的理论依据。
现有的可展环形桁架天线模型大都只用于展开实验和静态振动分析，对于铰链间隙对整体结构的动力学特性影响研究甚少，这很大程度上影响了实验研究的可靠性。本设计通过对铰链间隙的调整不仅可以模拟无间隙环形桁架天线结构在自由边界下的模态实验，也可以通过调整间隙大小，进行不同铰链间隙的振动特性分析。
带有竖杆的平面式Warren桁架在工程结构中广泛应用，典型的平面式Warren桁架由上下横杆及斜杆构成，斜杆构成“W”形。将竖杆加入到Warren桁架中，与上下横杆的节点相连接，构成了带有竖杆的平面式Warren桁架。
发明内容
为了满足含铰环形桁架天线支撑结构动力学特性的实验需求。本发明提供了一种用于研究空间可展环形天线桁架支撑结构间隙实验装置，该实验装置能够对含铰环形桁架天线支撑结构进行不同间隙下的动力学实验。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种空间可展环形天线桁架支撑结构间隙实验装置，该实验装置由多组胞元首尾连接组成，每个胞元包括铰链、连接杆件。连接杆件包括横杆(4)、竖杆(5)及斜杆(6)；铰链包括同步铰(2)、T型铰(3)。
铰链是空间可展环形天线桁架支撑结构的横杆(4)、竖杆(5)及斜杆(6)连结节点。横杆(4)设置在环形桁架结构的横向；竖杆(5)设置在环形桁架结构的竖向；斜杆(6)设置在环形桁架结构的斜向，且斜杆(6)用以连接桁架结构中的T型铰。环形桁架结构的胞元构型采用带竖杆的平面式Warren桁架形式。同步铰(2)与横杆(4)及竖杆(5)相连接；T型铰(3)与横杆(4)、竖杆(5)和斜杆(6)相连接。
铰连接孔(20)为铰接头(1)端部的连接孔。设计不同直径大小的铰连接孔(20)，不同直径大小的铰连接孔(20)与销(21)相配合产生不同间隙，以模拟不同间隙下空间可展环形天线桁架结构的动力学行为。空间可展环形天线桁架中横杆的边数为18。相邻两个横杆的夹角为20°。间隙产生于铰连接孔(20)与销(21)的尺寸配合中，铰连接孔(20)与销(21)形成柱面配合，间隙为径向。
同步铰(2)、T型铰(3)及铰接头(1)均为铝合金材料，横杆(4)、竖杆(5)和斜杆(6)均为碳纤维复合材料，销(21)及销卡(23)使用304钢。
本发明的技术优势是：通过设计间隙尺寸，模拟不同间隙值影响下空间可展环形天线桁架支撑结构的动力学行为。同时，通过使用不同尺寸的杆件，可以模拟不同尺寸下的整体结构动力学特性，试件的通用性强。
附图说明
图1空间可展环形天线桁架支撑结构间隙实验装置装配示意图。
图2同步铰示意图。
图3同步铰折角示意图。
图4 T型铰示意图。
图5 T型铰折角示意图。
图6杆件示意图。
图7接头示意图。
图8销示意图。
图9销卡示意图。
图10同步铰、接头及销装配示意图。
图中：1、铰接头，2、同步铰，3、T型铰，4、横杆，5、竖杆，6、斜杆，7、横杆限位槽，8、同步铰固定孔，9、同步铰竖杆连接头，10、同步铰横杆铰接头连接孔，11、同步铰折角，12、T型铰竖杆接头，13、斜杆铰接头连接孔，14、T型铰横杆接头连接孔，15、T型铰固定孔，16、T型铰铰折角，17、杆件(横杆、竖杆及斜杆管径相同，长度不同)，18、杆件与接头连接处，19、铰接头与杆件连接处，20、接头与铰连接孔，21、销，22、销孔，23、销卡。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
同步铰(2)上有横杆限位槽(7)，限制横杆(4)的转角。同步铰固定孔(8)安装固定整体结构。同步铰竖杆连接头(9)与竖杆(5)连接。同步铰横杆铰接头连接孔(10)与铰接头(1)相连结连接横杆(4)。同步铰折角(11)适应环形桁架整体结构。
T型铰(3)T型铰竖杆连接头(12)与竖杆(5)连接。T型铰斜杆铰接头连接孔(13)与铰接头(1)相连结连接斜杆(5)连接。T型铰横杆铰接头连接孔(14)与铰接头(1)相连结连接横杆(4)连接。T型铰固定孔(15)安装固定整体结构。T型铰折角(16)适应环形桁架整体结构。
横杆(4)、竖杆(5)及斜杆(6)采用杆件(17)构型，为管状结构，壁厚相同。通过杆件与接头连接处(18)与铰接头(1)、同步铰竖杆连接头(9)和T型铰竖杆连接头(12)连接。
铰接头(1)中铰接头与杆件连接处(19)与杆件连接。通过设计接头与铰连接孔(20)的直径大小，与销(21)配合，产生不同的间隙值。
销(21)尺寸固定，与铰接头(1)的接头与铰连接孔(20)相互配合，形成铰间隙。销孔(22)用于插装销卡(23)。
同步铰(2)通过同步铰横杆铰接头连接孔(10)与铰接头(1)相连接。铰接头(1)水平插入同步铰(2)内，同步铰横杆铰接头连接孔(10)与接头与铰连接孔(20)中心对正，将销(21)插入同步铰横杆铰接头连接孔(10)，穿过接头与铰连接孔(20)，用销卡(23)将铰接头固定。
实施例
选取间隙值，以销(21)的尺寸为基准，设计接头与铰链连接孔(20)尺寸，销(21)和接头与铰链连接孔(20)配合产生所要考察的间隙值。将环形桁架装配，形成整体结构。准备进行动力学实验。可对实验装置进行模态测试及响应测试。通过选择不同铰接头(1)，装配出不同的径向间隙值。为模拟空间微重力环境，将整体结构悬挂吊起，抵消重力影响，挂点位于同步铰固定孔(8)和T型铰固定孔(15)。由于整体结构为环形，悬挂点选择对称布置。测试时位移传感器及加速度传感器可以贴敷于同步铰(2)及T型铰(3)上的平面处。激励触发点可选择同步铰(2)及T型铰(3)的平面处。

Claims (6)

1.一种空间可展环形天线桁架支撑结构间隙实验装置，其特征在于：该实验装置由多组胞元首尾连接组成，每个胞元包括铰链、连接杆件；连接杆件包括横杆(4)、竖杆(5)及斜杆(6)；铰链包括同步铰(2)、T型铰(3)；
铰链是空间可展环形天线桁架支撑结构的横杆(4)、竖杆(5)及斜杆(6)连结节点；横杆(4)设置在环形桁架结构的横向；竖杆(5)设置在环形桁架结构的竖向；斜杆(6)设置在环形桁架结构的斜向，且斜杆(6)用以连接桁架结构中的T型铰；环形桁架结构的胞元构型采用带竖杆的平面式Warren桁架形式；同步铰(2)与横杆(4)及竖杆(5)相连接；T型铰(3)与横杆(4)、竖杆(5)和斜杆(6)相连接；
铰连接孔(20)为铰接头(1)端部的连接孔；设计不同直径大小的铰连接孔(20)，不同直径大小的铰连接孔(20)与销(21)相配合产生不同间隙，以模拟不同间隙下空间可展环形天线桁架结构的动力学行为；空间可展环形天线桁架中横杆的边数为18；相邻两个横杆的夹角为20°；间隙产生于铰连接孔(20)与销(21)的尺寸配合中，铰连接孔(20)与销(21)形成柱面配合，间隙为径向；
同步铰(2)、T型铰(3)及铰接头(1)均为铝合金材料，横杆(4)、竖杆(5)和斜杆(6)均为碳纤维复合材料，销(21)及销卡(23)使用304钢；
同步铰(2)上有横杆限位槽(7)，限制横杆(4)的转角；同步铰固定孔(8)安装固定整体结构；同步铰竖杆连接头(9)与竖杆(5)连接；同步铰横杆铰接头连接孔(10)与铰接头(1)相连结连接横杆(4)；同步铰折角(11)适应环形桁架整体结构；
同步铰(2)通过同步铰横杆铰接头连接孔(10)与铰接头(1)相连接；铰接头(1)水平插入同步铰(2)内，同步铰横杆铰接头连接孔(10)与接头与铰连接孔(20)中心对正，将销(21)插入同步铰横杆铰接头连接孔(10)，穿过接头与铰连接孔(20)，用销卡(23)将铰接头固定。
2.根据权利要求1所述的一种空间可展环形天线桁架支撑结构间隙实验装置，其特征在于：T型铰(3)T型铰竖杆连接头(12)与竖杆(5)连接；T型铰斜杆铰接头连接孔(13)与铰接头(1)相连结；T型铰横杆铰接头连接孔(14)与铰接头(1)相连结连接横杆(4)连接；T型铰固定孔(15)安装固定整体结构；T型铰折角(16)适应环形桁架整体结构。
3.根据权利要求1所述的一种空间可展环形天线桁架支撑结构间隙实验装置，其特征在于：横杆(4)、竖杆(5)及斜杆(6)采用杆件(17)构型，为管状结构，壁厚相同；通过杆件与接头连接处(18)与铰接头(1)、同步铰竖杆连接头(9)和T型铰竖杆连接头(12)连接。
4.根据权利要求1所述的一种空间可展环形天线桁架支撑结构间隙实验装置，其特征在于：铰接头(1)中铰接头与杆件连接处(19)与杆件连接；通过设计接头与铰连接孔(20)的直径大小，与销(21)配合，产生不同的间隙值。
5.根据权利要求1所述的一种空间可展环形天线桁架支撑结构间隙实验装置，其特征在于：销(21)尺寸固定，与铰接头(1)的接头与铰连接孔(20)相互配合，形成铰间隙；销孔(22)用于插装销卡(23)。
6.根据权利要求1所述的一种空间可展环形天线桁架支撑结构间隙实验装置，其特征在于：选取间隙值，以销(21)的尺寸为基准，设计接头与铰链连接孔(20)尺寸，销(21)和接头与铰链连接孔(20)配合产生所要考察的间隙值；将环形桁架装配，形成整体结构，准备进行动力学实验，对实验装置进行模态测试及响应测试；通过选择不同铰接头(1)，装配出不同的径向间隙值；为模拟空间微重力环境，将整体结构悬挂吊起，抵消重力影响，挂点位于同步铰固定孔(8)和T型铰固定孔(15)；由于整体结构为环形，悬挂点选择对称布置；测试时位移传感器及加速度传感器贴敷于同步铰(2)及T型铰(3)上的平面处；激励触发点选择同步铰(2)及T型铰(3)的平面处。
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