CN112141372A

CN112141372A - 星箭分离机构微重力试验方法

Info

Publication number: CN112141372A
Application number: CN202011180637.5A
Authority: CN
Inventors: 诸成; 郭彤; 李晓莉; 赵学聪
Original assignee: Shanghai Engineering Center for Microsatellites
Current assignee: Shanghai Engineering Center for Microsatellites
Priority date: 2018-06-04
Filing date: 2018-06-04
Publication date: 2020-12-29
Anticipated expiration: 2038-06-04
Also published as: CN112141372B; CN108760267B; CN108760267A

Abstract

本申请涉及一种星箭分离机构微重力试验方法，分离机构与配重星安装好后，其组合安装于桁架侧面；绳索穿过所述桁架顶端的滑轮，一端与等重块相连，另一端穿过分离机构通过配重星顶端的吊环连接配重星，绳索拉力作用线通过配重星质心；等重块重量与配重星相同，通过绳索抵消配重星承受的重力；所述分离机构与配重星之间通过电磁吸盘吸紧连接；当对电磁吸盘断电后，在弹簧推动下配重星加速运动；激光测量仪放置于水平地面上；配重星反射发自激光测量仪的激光；激光测量仪根据发出与收到激光的时间差测量配重星的运动速度。

Description

星箭分离机构微重力试验方法

技术领域

本申请涉及本发明是涉及一种试验系统，特别是涉及一种星箭分离机构微重力试验方法。

背景技术

分离机构研制过程中，需要对分离机构的性能进行考核，包括解锁对卫星产生的冲击，卫星释放后的分离速度和分离角速度。在重力的影响下，测量的分离速度、角速度难以保证准确性。借助于高速摄像机推算的分离速度和角速度误差较大。

目前星箭分离机构的分离试验有：

1.卫星吊起，分离机构解锁下落

该方法卫星通过绳索吊起，不固定，分离时分离机构储存的能量同时转化为卫星与分离机构的动能。分离状态与实际情况没有可比性，所以在轨的卫星分离速度和分离角速度无法测量获得。

2.分离机构安装固定，卫星下落

该方法将分离机构安装于桁架上，卫星在重力作用下自由下落。使用4台高速摄像机拍摄事先粘贴于卫星上的靶标点，从而解析出卫星的分离速度和分离角速度。由于重力的影响，分离速度一直变化。另一方面，高速摄像机非直接测量，典型如1000帧/s，1000x1000分辨率高速摄像机测量速度误差0.5m/s左右，测量角速度误差2°/s左右。

发明内容

本申请之目的在于提供一种新型星箭分离机构微重力试验方法，能够实现分离速度更准确的测量。

为了实现上述目的，本申请提供下述技术方案。

分离机构与配重星安装好后，其组合安装于桁架侧面；

绳索穿过所述桁架顶端的滑轮，一端与等重块相连，另一端穿过分离机构通过配重星顶端的吊环连接配重星，绳索拉力作用线通过配重星质心；

等重块重量与配重星相同，通过绳索抵消配重星承受的重力；

所述分离机构与配重星之间通过电磁吸盘吸紧连接；当对电磁吸盘断电后，在弹簧推动下配重星加速运动；

激光测量仪放置于水平地面上；配重星反射发自激光测量仪的激光；激光测量仪根据发出与收到激光的时间差测量配重星的运动速度。

具体的，在所述的星箭分离机构微重力试验方法中，其中所述分离机构与卫星安装后的安装面与重力方向的偏差角小于0.1°并且滑轮的位置被微调为使得绳索悬吊点与卫星的质心一致。

具体的，在所述的星箭分离机构微重力试验方法中，所述绳索选用直径3mm的大力马线。

具体的，在所述的星箭分离机构微重力试验方法中，所述滑轮的数量为两个以上，能够微调位置。

具体的，在所述的星箭分离机构微重力试验方法中，所述卫星与激光测量仪的最小垂直距离比等重块与滑轮的最小垂直距离长至少一个激光测振仪的距离。

具体的，在所述的星箭分离机构微重力试验方法中，在所述卫星的底面粘贴反射膜，以反射发自激光测量仪的激光。

具体的，在所述的星箭分离机构微重力试验方法中，角速度传感器采集卫星坐标系的三个坐标轴方向的分离角速度。

具体的，在所述的星箭分离机构微重力试验方法中，在所述卫星的表面粘贴多个冲击传感器。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于本试验系统能够准确测量星箭分离机构性能，包括卫星分离的速度、角速度，分离解锁时产生的冲击；同时能够对卫星进行保护。其分离速度测量范围为0m/s～5m/s，精度0.1m/s；分离角速度测量范围为0°/s～180°/s，测量精度0.5°/s。

附图说明

图1是本申请的星箭分离机构微重力试验方法的示意图。

图2是本申请的分离机构和配重星及其上传感器的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。

用于考核分离机构的本申请的试验系统中，卫星可以用配重星替代。配重星与卫星有相同的重量、质心位置、惯量及安装接口等。

本试验系统主要包括一个桁架，分离机构，配重星，等重块，激光测量仪，和角速度传感器等，如图1所示。

所述桁架由铝合金管焊接或螺接而成，类似于舞台桁架。桁架外包络尺寸可根据实际情况进行调整，在本申请的一个实施例中，其尺寸为2.9m x 2.8m x 0.4m。桁架结构应足够坚固，至少应能够承载1000kg的重量。

分离机构与配重星安装好后，其组合安装于桁架侧面，桁架下方和侧面垫海绵垫。分离机构安装面与重力方向的偏差角应小于0.1°，以减少重力对分离角速度的影响。

在本申请的一个实施例中，所述配重星距离下方的海绵垫约1m。另有一根绳索穿过所述桁架顶端的滑轮，一端与等重块相连，另一端穿过分离机构通过配重星顶端的吊环连接配重星。绳索拉力作用线通过配重星质心，从而不对配重星分离角速度产生影响。调节配重星上方的滑轮位置使绳索竖直。绳索选用直径3mm大力马线，摩擦阻力小，强度高。

滑轮位置可微调，从而保证绳索悬吊点与配重星质心一致。等重块重量与配重星相同，从而可通过绳索抵消配重星(代替卫星)承受的重力。等重块呈长方体，可由钢铁加工而成，留有螺纹吊环接口用于绳索连接。

在本申请的一个实施例中，所述分离机构与配重星之间通过电磁吸盘吸紧连接。当对电磁吸盘断电后，在弹簧推动下配重星加速运动。弹簧推动一定行程后与配重星脱离，此时，配重星同时受到自身重力与绳索拉力，合力接近为0，从而以恒定速度运动。此时，等重块随即向上运动，接触滑轮后停止运动。在本申请的一个实施例中，等重块距滑轮设计距离780mm。实际情况中可根据分离机构实际安装高度进行调整，需要保证能限制配重星下落行程，从而避免配重星与激光测量仪碰撞。为了避免配重星向下运动撞到激光测量仪，要求配重星与激光测量仪的最小垂直距离(即配重星底端与激光测量仪顶端的垂直距离)比等重块与滑轮的最小垂直距离(即等重块顶端与滑轮的垂直距离)长至少一个激光测量仪的距离。在本申请的一个实施例中，所述激光测量仪高约200mm。

激光测量仪放置于水平地面上。配重星底面粘贴有反射膜，反射发自激光测量仪的激光。激光测量仪根据发出与收到激光的时间差测量配重星的运动速度。激光测量仪输出电压信号，由数据采集仪采集。桁架外布置测试桌，测试桌上放置数据采集仪。激光测量仪通过线缆连接数据采集仪。数据采集仪即可以把电压信号采集，通过LMS Test Lab软件解析成运动速度数据。

在此系统中，由于分离机构内部储存的弹性势能转化为配重星加上等重块的动能。故应对激光测量仪测得分离速度进行换算得到在轨预期分离速度。理论上所测分离速度为在轨预期分离速度的0.707倍。

如图2所示，所述配重星的端面上粘贴有至少一个角速度传感器，且所述角速度传感器连接至数据采集仪，直接采集三个方向分离角速度。所述三个方向是卫星坐标系三个坐标轴方向，即纸面内水平，纸面内竖直，和垂直于纸面方向。

同时，在配重星的多个位置粘贴冲击传感器，且所述冲击传感器连接至数据采集仪，直接采集和测量火工品作动解锁产生的冲击。

在本申请的一个实施例中，数据采集仪数据由PC端LMS Test Lab软件做记录和处理。

在本申请的一个实施例中，参加试验的测试设备如下：

(1)冲击传感器

本次试验所使用的冲击传感器的具体参数如下：

灵敏度：0.5mV/g；量程：10000g；频率范围：3～10000Hz。

(2)激光测量仪

本次试验所使用的激光测量仪的具体参数如下：

速度量程：+/-10m/s；最小分辨率：0.02微米/秒/Hz带宽；模拟电压输出：最大+/-10V；频率范围：0—2.5MHz。

(3)数据采集设备

本次试验所使用的数据采集设备的具体参数如下：

采样频率：204.8KHz；

采样方式：连续；

最低频率：5Hz；

最高频率：10000Hz；

测量误差：小于15％。

本实施例的试验流程如下：

一、环境要求

a.照明度不低于300lx；

b.温度满足20℃±5℃；

c.相对湿度为30％～60％；

d.洁净度优于10万级；

e.噪声不大于60dB；

注意事项：

(1)试验过程中，发现测量数据严重异常，或者无法测得数据，试验无法进行，则应对数采系统、传感器和电缆进行检查，如传感器及其电缆存在故障，则修复后再继续试验；

(2)试验中，发现结构或其他部件损坏严重，试验无法进行，则停止试验，待损坏部分修复并重新检验合格后，试验从本次试验起点重新开始；

(3)其他故障，若遇到非测试系统本身故障而短时无法修复时，停止试验，并保存数据作为参考。故障修复后，本次试验重新开始。

二、试验场地要求

a.试验场地面积不小于6mX10m；

b.试验场地需提供2～3张约1m高、1m宽、1～3m长桌子供摆放测试设备；

c.试验场地需提供1张防静电测试桌，用于火工测试；

三、采集系统要求

1)为避免频率混叠，进行数字化的模拟信号应预先经过低通滤波，低通滤波器截止频率为上限分析频率，低通滤波器带外衰减率大于60dB；

2)为保证信号分析精度，采样频率一般为低通截止频率的5～10倍，不低于低通截止频率的4倍；

3)采样频率不低于50K。

四、冲击数据处理说明

1)进行处理的数据段包含冲击全过程，信号起始于背景噪音，终止于背景噪音；

2)对分界面的冲击信号上限分析频率不小于5kHz，下限分析的频率不大于50Hz；

3)分析频率步长1/6倍频程。

五、安全性要求

1)卫星试验时，采取必要的隔离措施将试验区与工作区隔离，划出安全警戒范围，以避免工作人员受到电击、高处坠落物等的伤害。

2)试验人员试验场地前，需经过放静电操作来排放静电；

3)试验现场需做好安全防护措施，在星体周围放置屏蔽物防止火工品起爆时多余物飞出对周边设备及人员产生伤害。

六、试验其他相关要求

试验的相关要求包括质量管理、现场秩序、技安、保密、质量问题处理及协商方面。

a.所有测量和试验设备必须合格并在使用有效期内；

b.试验现场所有工作人员必须服从指挥，听从现场指挥统一调度；

c.参试设备、仪器如发现异常和故障应立即报告，待检修正常和经检验合格后才能进行参试；

d.试验方摄像资料试验后将视频内容刻盘提供卫星方；

e.尽事宜和试验中可能出现突发事件、质量问题，卫星方、试验方现场协商解决。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims

1.一种星箭分离机构微重力试验方法，其特征在于，包括：

分离机构与配重星安装好后，其组合安装于桁架侧面；

2.如权利要求1所述的星箭分离机构微重力试验方法，其特征在于，其中所述分离机构与卫星安装后的安装面与重力方向的偏差角小于0.1°并且滑轮的位置被微调为使得绳索悬吊点与卫星的质心一致。

3.如权利要求1所述的星箭分离机构微重力试验方法，其特征在于，所述绳索选用直径3mm的大力马线。

4.如权利要求1所述的星箭分离机构微重力试验方法，其特征在于，所述滑轮的数量为两个以上，能够微调位置。

5.如权利要求1所述的星箭分离机构微重力试验方法，其特征在于，所述卫星与激光测量仪的最小垂直距离比等重块与滑轮的最小垂直距离长至少一个激光测振仪的距离。

6.如权利要求1所述的星箭分离机构微重力试验方法，其特征在于，在所述卫星的底面粘贴反射膜，以反射发自激光测量仪的激光。

7.如权利要求1所述的星箭分离机构微重力试验方法，其特征在于，角速度传感器采集卫星坐标系的三个坐标轴方向的分离角速度。

8.如权利要求1所述的星箭分离机构微重力试验方法，其特征在于，在所述卫星的表面粘贴多个冲击传感器。