CN109307592B - 空间站出舱舱门压差条件下开关性能测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间站出舱舱门压差条件下的开关性能测试系统，包括舱体模拟单元和开关性能测试单元；所述舱体模拟单元包括两个真空模拟舱、模拟门框及压力控制系统，模拟门框设置在两真空模拟舱的连接位置并进行分隔，分别模拟出舱舱门内外两侧空间，控制其压力；开关性能测试单元包括转动手柄开启机构，手柄开启机构和助力手柄转动机构、机构驱动测试系统和控制系统，控制系统与机构驱动测试系统进行交互，控制三个机构运动，测试出舱舱门的开关性能参数。同时也公开了一种开关性能测试方法。本发明可测试舱门在不同压差条件下，舱门开关性能参数的变化，真实模拟舱门在轨期间可能遇到的各种情况，降低航天员在轨进行出舱活动的风险。

Description

空间站出舱舱门压差条件下开关性能测试系统及方法

技术领域

本发明属于空间站出舱舱门性能的测试技术领域，具体来说，本发明涉及一种出舱舱门在热、压差环境下的测量系统以及利用该系统进行空间站出舱舱门压差约2至3kPa条件下开关性能的测试方法。

背景技术

在我国首次空间出舱活动过程中，发生因舱体出舱舱门内外两侧存在残余压差，导致航天员开启出舱舱门非常吃力的问题。为此，空间站出舱舱门新增加了助力手柄装置，用于辅助航天员在存在残余压差条件下顺利开启出舱舱门，并按计划完成出舱活动。

目前，评价空间站出舱舱门的开关性能开启过程、操作力等变化情况所采用的测量方法，是将出舱舱门分别放入模拟空间热真空环境中，经过一段时间考核后，使用开关机构，测量其开关性能操作时间、力学参数，这样就得到了出舱舱门开关性能参数随环境考核时间强度变换的关系。但是，上述现有的模拟空间热真空环境下出舱舱门开关性能测试系统和方法，不能在出舱舱门内外侧存在压差的情况下，开启出舱舱门，无法测试助力装置设计的有效性。

因此，有必要寻求一种能真实反映出舱舱门压差条件下开关性能的测试系统和测试方法。

发明内容

本发明的目的在于克服过去测试方法在真空压差条件下不能测试出舱舱门开关性能的缺点，从而提出一种在设定压差条件下出舱舱门开关性能的测试方法，该测试方法可在空间环境模拟条件下舱门开关性能测试过程中进行应用，并可直接测出舱舱门在此条件下开启功能和力学性能，直接验证了出舱舱门助力手柄装置设计的有效性。

本发明的另一目的在于提供一种压差条件下空间站出舱舱门开关性能的测试系统，该系统可以准确、可靠地测量出出舱舱门在不同压差条件下开关性能的变化情况。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术解决方案：

本发明的空间站出舱舱门压差条件下的开关性能测试系统，主要包括舱体模拟单元和开关性能测试单元；所述舱体模拟单元包括两个真空模拟舱、模拟门框及压力控制系统，模拟门框设置在两个真空模拟舱的连接位置，将出舱舱门安装在模拟门框上后，将2个真空舱分隔，分别用于模拟出舱舱门内、外两侧空间，再由压力控制系统分别控制两个真空舱的压力；所述开关性能测试单元包括转动手柄开启机构，手柄开启机构和助力手柄转动机构、机构驱动测试系统和控制系统，控制系统与机构驱动测试系统进行交互，控制上述三个机构按设定顺序和方式运动，开启和关闭出舱舱门，同时测试出舱舱门的开关性能参数。

进一步地，所述两个真空模拟舱分别拥有一个相同的压力控制系统，包括抽真空系统、加压系统和压力测试系统，用于精确控制两个真空模拟舱的压力，形成要求的出舱舱门内外侧压差条件。

进一步地，所述转动手柄开启机构，手柄开启机构和助力手柄转动机构均采用真空电机，在热真空环境下能正常工作。

进一步地，所述助力手柄转动机构驱动出舱舱门助力手柄按要求转动，利用其助力丝杠将出舱舱门顶开预设距离，完成舱门内侧向外侧泄压，以便后续进行舱门开启操作。

进一步地，所述控制系统用于控制驱动测试系统进行测试，并且处理测试系统采集的测量信号，再将测试结果在控制界面进行呈现。

进一步地，所述控制系统用于判断测试数据是否超标，在超标时实时发出超标报警信号，并采取紧急停机措施并保持状态。

进一步地，所述控制系统用于根据测试出舱舱门设定转动手柄开启机构，手柄开启机构和助力手柄转动机构的自动运行程序，控制输出机构完成出舱舱门开启。

本发明的空间站出舱舱门压差条件下开关性能测试方法，包括以下步骤：

1.将出舱舱门安装在模拟两个模拟真空舱之间的模拟门框上，再将开关机构安装在舱门内侧模拟真空舱内，并将转动手柄开启机构，手柄开启机构和助力手柄转动机构分别与舱门转动手柄、把手、助力手柄连接；

2.按照先舱门外侧真空舱，后舱门内侧真空舱的顺序，分别使用其压力控制系统，将其压力控制到试验所要求的压力数值；

3.控制系统控制驱动测试系统启动，并控制转动手柄开启机构将舱门解锁，再控制助力手柄主动机构转动助力手柄，将舱门开启要求距离，通过压力控制系统测试两个真空腔的压力是否达到平衡，判断舱门是否打开并完成泄压过程；

4.通过控制系统控制驱动测试系统，驱动开关机构继续动作，完成舱门后续开启动作后，并将舱门关闭锁紧，并将结果反馈给控制系统，再经控制系统处理后，得出出舱舱门压差条件下开关性能的各参数。

本发明的空间站出舱舱门压差条件下开关性能测试方法的优点在于，可在设定的真空压差条件下，驱动舱门运机构完成舱门开启，克服了过去不能在压差条件真空测试舱门开关性能参数的缺点。同时，可测试舱门在不同压差条件下，舱门开关性能参数的变化，真实模拟舱门在轨期间可能遇到的各种情况，制定风险因对预案，降低航天员在轨进行出舱活动的风险。

附图说明

图1为空间站出舱舱门压差条件下开关性能测试系统的示意图。

其中，1、开关机构计算机控制系统；2、舱门内侧真空模拟舱；5、开关机构包含助力手柄转动机构3、手柄开启机构4、转动手柄开启机构6；7、出舱舱门；8、模拟门框；9、舱门外侧真空模拟舱；10、舱门内侧压力测试传感器；11.、舱门内侧加压系统；12、舱门内侧真空系统；13、压力控制系统测控计算机；14、舱门外侧真空系统；15、舱门外侧加压系统；16、舱门外侧压力测试传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步地说明。

参照图1，本发明的整套系统主要包括舱体模拟单元和开关性能测试单元。

舱体模拟单元包括舱门内侧真空模拟舱2、舱门模拟门框8、舱门外侧真空模拟舱9以及压力控制系统，压力控制系统包括舱门内侧压力测试传感器10、舱门内侧充压系统11、舱门内侧真空系统12、压力控制系统测控计算机13、舱门外侧真空系统14、舱门外侧充压系统15和舱门外侧压力测试传感器16，舱门模拟门框8设置在舱门内侧真空模拟舱2和舱门外侧真空模拟舱9之间，用于安装测试舱门。舱门内侧真空模拟舱2的压力由舱门内侧真空系统12和舱门内侧充压系统11共同调节，其压力由舱门内侧压力测试传感器10进行测量；舱门外侧真空模拟舱9的压力由舱门外侧真空系统14和舱门外侧充压系统15共同调节，其压力由舱门外侧压力测试传感器16进行测量。上述真空系统和充压系统均由压力控制系统测控计算机13自动控制。

开关性能测试单元主要包括开关机构5，包含助力手柄转动机构3、手柄开启机构4、转动手柄开启机构6和开关机构计算机控制系统1，其中转动手柄开启机构6与舱门转动手柄连接并驱动其进行解锁或锁紧运动，手柄开启机构4与舱门把手连接并驱动舱门进行开启或关闭运动，助力手柄转动机构3与舱门助力手柄连接并驱动其进行开启或回转运动。开关机构计算机控制系统与开关机构通过测控电缆连接，主要用于向开关机构发出运动指令，并处理开关机构传回的数据信号，将开关机构实时运动状态和测试结果以图形界面显示出来并存储数据。

本发明的空间站出舱舱门压差条件下开关性能测试方法包括以下步骤：

1)将出舱舱门安装在模拟两个模拟真空舱之间的模拟门框上，再将开关机构安装在舱门内侧模拟真空舱内，并将转动手柄开启机构，手柄开启机构和助力手柄转动机构分别与舱门转动手柄、把手、助力手柄连接；

2)按照先舱门外侧真空舱，后舱门内侧真空舱的顺序，分别使用其压力控制系统，将其压力控制到试验所要求的压力数值；

3)控制系统控制驱动测试系统启动，并控制转动手柄开启机构将舱门解锁，再控制助力手柄主动机构转动助力手柄，将舱门开启要求距离，通过压力控制系统测试两个真空腔的压力是否达到平衡，判断舱门是否打开并完成泄压过程；

4)通过控制系统控制驱动测试系统，驱动开关机构继续动作，完成舱门后续开启动作后，并将舱门关闭锁紧，并将结果反馈给控制系统，再经控制系统处理后，利用舱体模拟单元重新建立要求的舱门压差环境，继续进行舱门开关性能测试得出出舱舱门压差条件下开关性能的各参数。

其中，该方法还包括1次出舱舱门压差条件下的开关性能过程，具体开关过程为：

1.转动手柄开启机构6设置零点舱门转动机构解锁起始位置，手柄开启机构4设置零点拉开舱门起始位置，助力手柄转动机构设置零点两拨杆处于水平方向；

2.转动手柄开启机构6先驱动舱门转动手柄至解锁位置，再回转至安全位置回避；

3.助力手柄转动机构3先驱动舱门助力手柄转动至可使舱门维持泄压状态的位置，保持一段时间带舱门内侧压力泄压完成后，再反向转动至回退位置；

4.助力手柄转动机构3先驱动舱门助力手柄回转至其初始位置，再转动至零位；

5.手柄开启机构4启动拉开舱门至要求位置由舱门开启角度要求确定,等待一定时间后，再反向驱动舱门至关闭位置；

6.转动手柄开启机构6驱动舱门主动手柄至锁紧位置-，再转动至零位；

7.手柄开启机构转动至零位。

测试完1次出舱舱门压差条件下的开关性能后，利用舱体模拟单元可重新建立要求的舱门压差环境，继续进行舱门开关性能测试。利用这种测试方法，克服了过去不能在真空环境中压差条件下测试出舱舱门开关性能的缺点。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.空间站出舱舱门压差条件下的开关性能测试系统，主要包括舱体模拟单元和开关性能测试单元；所述舱体模拟单元包括两个真空模拟舱、模拟门框及压力控制系统，模拟门框设置在两个真空模拟舱的连接位置，将出舱舱门安装在模拟门框上后，将两个真空舱分隔，分别用于模拟出舱舱门内、外两侧空间，再由压力控制系统分别控制两个真空舱的压力；所述开关性能测试单元包括转动手柄开启机构，手柄开启机构和助力手柄转动机构、机构驱动测试系统和控制系统，控制系统与机构驱动测试系统进行交互，控制上述三个机构按设定顺序和方式运动，开启和关闭出舱舱门，同时测试出舱舱门的开关性能参数。

2.如权利要求1所述的开关性能测试系统，其中，所述两个真空模拟舱分别拥有一个相同的压力控制系统，包括抽真空系统、加压系统、压力测试系统和压力控制系统测控计算机，用于精确控制两个真空模拟舱的压力，形成要求的出舱舱门内外侧压差条件。

3.如权利要求1所述的开关性能测试系统，其中，所述转动手柄开启机构，手柄开启机构和助力手柄转动机构均采用真空电机，在热真空环境下能正常工作。

4.如权利要求1-3任一项所述的开关性能测试系统，其中，所述助力手柄转动机构驱动出舱舱门助力手柄按要求转动，利用其助力丝杠将出舱舱门顶开预设距离，完成舱门内侧向外侧泄压，以便后续进行舱门开启操作。

5.如权利要求1-3任一项所述的开关性能测试系统，其中，所述控制系统用于控制机构驱动测试系统进行测试，并且处理机构驱动测试系统采集的测量信号，再将测试结果在控制界面进行呈现。

6.如权利要求1-3任一项所述的开关性能测试系统，其中，所述控制系统用于判断机构驱动测试系统的测试数据是否超标，在超标时实时发出超标报警信号，并采取紧急停机措施并保持状态。

7.如权利要求1-3任一项所述的开关性能测试系统，其中，所述控制系统用于根据测试出舱舱门设定转动手柄开启机构，手柄开启机构和助力手柄转动机构的自动运行程序，控制所述三个机构完成出舱舱门开启。

8.空间站出舱舱门压差条件下开关性能测试方法，包括以下步骤：

1）将出舱舱门安装在模拟两个模拟真空舱之间的模拟门框上，再将开关机构安装在舱门内侧模拟真空舱内，并将转动手柄开启机构，手柄开启机构和助力手柄转动机构分别与舱门转动手柄、把手、助力手柄连接；

2）按照先舱门外侧真空舱，后舱门内侧真空舱的顺序，分别使用其压力控制系统，将其压力控制到试验所要求的压力数值；

3）控制系统控制驱动测试系统启动，并控制转动手柄开启机构将舱门解锁，再控制助力手柄主动机构转动助力手柄，将舱门开启要求距离，通过压力控制系统测试两个真空腔的压力是否达到平衡，判断舱门是否打开并完成泄压过程；

4）通过控制系统控制驱动测试系统，驱动开关机构继续动作，完成舱门后续开启动作后，并将舱门关闭锁紧，并将结果反馈给控制系统，再经控制系统处理后，利用舱体模拟单元重新建立要求的舱门压差环境，继续进行舱门开关性能测试得出出舱舱门压差条件下开关性能的各参数。

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