CN109931984B - 载人航天器内部流场参数测量的一维移动测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种载人航天器内部流场参数测量的一维移动测量系统，主要包括安装块、一维移动机构、测量支架、传感器座、传感器、线缆导向绳，驱动控制器、参数采集器和控制部件，载人航天器外部设置驱动控制器、参数采集器和控制部件，安装一端固定在载人航天器的顶部壁板上，另一端卡设在一维移动机构的导轨上部，通过控制部件控制行程开关的开关以驱动一维移动机构的伺服电机转动，从而带动传动单元在导轨上直线运动并由位移传感器对位移量进行测量。本发明在一次测量中实现一个测量截面的多位置、多参数的同时测量，大大提高了测量效率。

Description

载人航天器内部流场参数测量的一维移动测量系统

技术领域

本发明属于载人航天器性能测试技术领域，具体而言，本发明涉及用于参数测量的一维移动测量系统，旨在帮助试验人员完成对载人航天器内部流场参数的测量工作。

背景技术

国内目前发展的一维移动系统多用于工业操作，在载人航天器内部流场参数测量中还未见应用。

载人航天器内部流场参数包括风速、气体浓度、空气龄等，对于判断载人航天器人员活动区的流场环境能否满足航天员的要求有非常重要的意义，为此需要开展相关参数测量，并设计相应的测量设备，因此提出了一种用于载人航天器内部流场参数测量的一维移动测量系统。

国外已形成了类似系统，如国际空间站哥伦布舱曾利用三维移动系统对舱内的风速及二氧化碳浓度进行测量，但该系统仍存在着缺点：即测量点少，需要多次移动才能完成多截面多测量点的测量，试验耗时较长。

以往的测量手段主要包括手持式测量和单测点移动式测量。手持式测量主要以人员手持测量传感器进行，该方法不仅操作繁琐，而且由于人员的运动导致对流场的破坏，从而影响试验测量结果，同时一次试验只能手持一种传感器，无法进行多参数测量，试验效果较差。单测点移动式测量，一种简单的可移动参数测量装置，装置中只能安装一只参数传感器，通过装置的移动将传感器送至不同的位置，因此要完成测试需要流场保持同一种状态的情况下耗费较长时间对不同位置进行测量，此外由于移动机构运动形成的扰动，在开展下一位置的参数测量时，需要等待一定时间，以确定流场稳定到先前的状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现载人航天器内部流场参数测量的一维移动测量系统，旨在解决载人航天器内部多截面多点的流场参数测量问题，为提高流场参数测量效率及有效性，确保航天员在载人航天器内正常工作。

本发明采用了如下的技术方案：

载人航天器内部流场参数测量的一维移动测量系统，主要包括安装块、一维移动机构、测量支架、传感器座、传感器、线缆导向绳，驱动控制器、参数采集器和控制部件，其中，载人航天器外部设置驱动控制器、参数采集器和控制部件，其中，六个以上的安装块均布在一维移动机构两侧且其一端固定在载人航天器人员活动区内的载人航天器的顶部壁板上，另一端卡设在一维移动机构的导轨上部，其中，一维移动机构由导轨、伺服电机、传动单元、位移传感器、行程开关组成，通过控制部件控制行程开关的开关以驱动一维移动机构的伺服电机转动，从而带动传动单元在导轨上直线运动并由位移传感器对位移量进行测量；

其中，测量支架包含了顶部的连接法兰，1个竖梁、3个横梁及9个传感器座，竖梁的顶部与连接法兰焊接固定，横梁与竖梁之间采用螺栓固定，横梁与竖梁呈“丰”字形布置。

其中，竖梁为铝型材方管，竖梁上根据需要设置有通孔供横梁穿过，二者成“丰”字形布置。

其中，传感器座由两块金属块组成，两块金属块各有设置一半圆孔，二者对向组合后组成圆孔，传感器安装座通过圆孔卡紧在测量支架的圆杆上，通过通过紧固螺栓调节预紧力。

其中，传感器座的两块中较大的金属块上有两处通孔，用于安装不同类型的流场参数测量传感器。

其中，传感器为流场参数测量传感器，包括风速传感器和气体浓度传感器探头。

其中，传感器的线缆通过线缆导向绳引至人员活动的一端，与一维移动机构的线缆一同通过密封穿舱的方式引出至人员活动区外侧。

其中，在载人航天器的人员活动区外，传感器线缆连接至参数采集器，采集器通过线缆与计算机连接；一维移动机构线缆连接至驱动控制器，驱动控制器通过线缆与计算机连接。

本发明的一维移动测量系统，通过传感器座上设置了2种传感器接口，可以分别安装风速传感器和浓度传感器，此外采用丰字形截面阵列式传感器布置，可以在一次测量中实现一个测量截面的多位置、多参数的同时测量，大大提高了测量效率。同时通过可控一维移动，实现了测量传感器阵列的速度可控的整体移动，对流场破坏较少，在移动到下一位置后仅需等待几秒种，流场状态便恢复到先前状态，即可开展新一截面的参数测量。

附图说明：

图1为本发明一具体实施方式的载人航天器内部流场参数测量的一维移动测量系统放入构成总图。

1、安装块、2、一维移动机构、3、传感器座、4、测量支架、5、传感器、6、传感器、7、线缆导向绳、8、传感器线缆、9、一维移动机构线缆、11、驱动控制器、12、参数采集器、13、计算机。

图2为本发明一具体实施方式中安装块的正视图。

其中，1-1为压块与舱板固定的连接螺栓；1-2为固定直线单元的压块。

图3显示了本发明一具体实施方式中安装块与一维移动机构导轨的连接示意图。

其中，1、安装块；2-1、导轨；2-2、传动单元。

图4显示了本发明一具体实施方式中传感器座的结构示意图。

其中，3-1为传感器安装座、3-2为卡块、3-3为安装螺栓。

图5显示了本发明一具体实施方式中支架安装传感器座的结构示意图。

其中，4-1为横梁、4-2为竖梁；4-3为连接法兰。

具体实施方案：

下面结合附图1-5对本发明的技术方案进行详细说明，这些说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明的保护范围。

图1显示了本发明一具体实施方式的载人航天器内部流场参数测量的一维移动测量系统放入构成总图。其中，本发明所提出的一维移动测量系统，提供了与载人航天器内部的机械接口，可实现快速安装；同时配有9路传感器安装接口根据需要可拓展，可实现单一截面上的多点测量；同时采用伺服电机控制系统实现一维移动，实现了舱内多个截面的测量。具体而言，本发明包括安装块1、一维移动机构2、传感器座3、测量支架4、传感器5、6、线缆导向绳7、传感器线缆8、一维移动机构线缆9、驱动控制器11、参数采集器12、计算机13，其中11-13布置在载人航天器人员活动区10外部。

参见图2，图2显示直线移动单元与舱体进行固定的一个压紧组件，包含了压紧螺栓1-1和压紧块1-2。

参见图3，图3显示了本发明一具体实施方式中安装块与一维移动机构导轨的连接示意图，压紧块1-2扣在直线单元主体两侧的凹槽里，并通过压紧螺栓1-1固定在试验舱顶部的壁板上。这样的压紧组件，在直线单元两侧均匀分布6个。

如图2中，本发明系统中的一维移动机构2通过图中的安装块1固定在载人航天器人员活动区10内的顶部壁板上，导轨2-1左右各有3个安装卡块1-2，共有6个，安装卡块通过螺栓1-1固定在顶部的螺纹孔中；

图5显示了本发明一具体实施方式中支架安装传感器座的结构示意图。在该实施方式中，测量支架4通过上端的连接法兰4-3与一维移动机构2上的传动单元2-2进行连接，采用螺栓固定。测量支架4包含横梁4-1、竖梁4-2、传感器座3。其中竖梁4-2是一个长约1300mm的40mm*40mm*2的铝型材方管，竖梁4-2上根据需要打有3个

的通孔；横梁4-1是

的铝圆管，横梁4-1的中心处打

的通孔，竖梁4-2与横梁4-1之间采用M10螺栓固定，二者成“丰”字形布置。。

参见图4、图5，传感器座3由传感器安装座3-1和卡块3-2及安装螺栓3-3组成，通过传感器安装座3-1和卡块3-2之间的圆孔卡紧固定在横梁4-1上，一般圆孔直径应小于横梁4-1截面直径，使传感器座3能够夹紧横梁4-1而不发生滑动；传感器安装座3-1上设计有安装传感器的孔，方便传感器固定。

整个系统搭建完成后系统构成如图1所示，根据需要安装风速、气体浓度等不同传感器5、6。通过计算机13控制驱动控制器11输出相应的移动指令，驱动一维移动机构2的步进电机转动正转或反转，带动传动单元2-2在导轨上2-1直线运动。测量支架4在传动单元2-2的带动下实现直线往复移动并可在任意位置停留，通过安装座3带动传感器5、6到达人员活动区10内不同的截面位置，实现对人员活动区内10不同截面处流场参数的测量。测量数据通过线缆8被参数采集器12采集，并上传至计算机13存储，由数据处理软件进行进一步的分析利用。

安装块1共有六个，均布在一维移动机构2两侧，安装块1一端可卡在一维移动机构2的导轨2-1上部，安装块1另一端有两处通孔，可通过螺钉将一维移动机构2固定在载人航天器内部人员活动区10顶板上。注：横梁4-1的数量可以根据需要增加或减少；安装座3的数量和间距可以根据需要进行调整。

在本发明中，针对载人航天器内部狭小人员活动区设计，用于满足地面流场验证试验。采取一维移动机构步进驱动的方式，使传感器能够在人员活动区内不同截面位置停留，实现了一次试验过程中不同截面不同位置的参数测量，在丰富试验数据的同时大大提高了试验效率。同时对传安器安装位置、传感器类型及数量进行了可扩展设计，可满足不同流场参数的多点同时测量，流场参数传感器可以包含风速传感器、压力传感器、气体浓度传感器等。

本发明具体可应用到载人航天器人员活动区通风流场试验中，在安装座上同时安装风速传感器和气体浓度传感器，可同时实现空气速度分布测量和空气龄分布计算。搭建起系统后建立试验条件，即人员活动区内达到要求的稳定送风条件，通过计算机驱动一维移动机构动作将传感器送至指定的位置，传感器采集当前位置下的参数信息，并通过采集器将参数回传至计算机。采集完成后，驱动一维移动机构动作，将传感器送至下一处截面继续采集，直至将要求的截面位置处的流场参数全部测量完毕。随后由试验人员对试验测量数据进行处理及分析，对比试验测量结果与仿真计算的差异，或者分析试验测量结果是否在要求的数值范围内，评价人员活动区的流场形式能否满足航天员的活动或健康需求，提出进一步的改进或优化措施。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想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仍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 (7)

1.载人航天器内部流场参数测量的一维移动测量系统，主要包括安装块、一维移动机构、测量支架、传感器座、传感器、线缆导向绳，驱动控制器、参数采集器和控制部件，其中，载人航天器外部设置驱动控制器、参数采集器和控制部件，其中，六个以上的安装块均布在一维移动机构两侧且其一端固定在载人航天器人员活动区内的载人航天器的顶部壁板上，另一端卡设在一维移动机构的导轨上部，其中，一维移动机构由导轨、伺服电机、传动单元、位移传感器、行程开关组成，通过控制部件控制行程开关的开关以驱动一维移动机构的伺服电机转动，从而带动传动单元在导轨上直线运动并由位移传感器对位移量进行测量，其中，测量支架包含了顶部的连接法兰，1个竖梁、3个横梁及9个传感器座，竖梁的顶部与连接法兰焊接固定，横梁与竖梁之间采用螺栓固定，横梁与竖梁呈“丰”字形布置，竖梁为铝型材方管，竖梁上根据需要设置有通孔供横梁穿过，二者成“丰”字形布置。

2.如权利要求1所述的一维移动测量系统，其中，传感器座由两块金属块组成，两块金属块各有设置一半圆孔，二者对向组合后组成圆孔，传感器安装座通过圆孔卡紧在测量支架的圆杆上，通过紧固螺栓调节预紧力。

3.如权利要求1或2项所述的一维移动测量系统，其中，传感器座的两块中较大的金属块上有两处通孔，用于安装不同类型的流场参数测量传感器。

4.如权利要求3所述的一维移动测量系统，其中，传感器为流场参数测量传感器，包括风速传感器和气体浓度传感器探头。

5.如权利要求3所述的一维移动测量系统，其中，传感器的线缆通过线缆导向绳引至人员活动的一端，与一维移动机构的线缆一同通过密封穿舱的方式引出至人员活动区外侧。

6.如权利要求3所述的一维移动测量系统，其中，在载人航天器的人员活动区外，传感器线缆连接至参数采集器，采集器通过线缆与计算机连接；一维移动机构线缆连接至驱动控制器，驱动控制器通过线缆与计算机连接。

7.如权利要求1-6任一项所述的一维移动测量系统，其中传感器座由传感器安装座和卡块及安装螺栓组成，通过传感器安装座和卡块之间的圆孔卡紧固定在横梁上，圆孔直径应小于横梁的截面直径，使传感器座能够夹紧横梁而不发生滑动。

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