CN112461448A - 多容器同步动态液体质心检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多容器同步动态液体质心检测系统，容器安装法兰与支撑竖板和支撑底板焊接固定成箱体结构，支撑底板下部通过上层重力传感器与导向底板连接，导向底板下部通过下层重力传感器与底板连接，底板下部装有水平调节组件。本发明的多容器同步动态液体质心检测系统是根据航天产品质量、质心变化对飞行的影响，而设计的测试实验系统，通过该系统的使用，对产品燃料质量变化能够提前测试，并根据测试结果进行航天产品的优化和完善，对航天产品的质量提供可靠保障。
Description
技术领域
本发明属于航空航天技术领域，特别涉及一种多容器同步动态液体质心检测系统。
背景技术
对于航天系统产品而言，为了保证运载设备平稳运行，在消耗燃料过程中，需保证质心不能出现偏斜，即多容器排液同步性进行研究。为了达到精准排放，通过设计合理的结构形式，完成同步排放过程检测，保证容器排液过程中质量、质心变化能够实时数据采集，并对偏心位置进行观测，保证多个容器排液过程中质量同步性。
现有针对质心测量工装专利均为产品结构件质心测量系统，无容器排液动态实时检测的设备，检索的“CN210719531U一种火箭入轨子级质心测量工装”，其中将产品固定在翻转机构上，通过对整体进行质心测量，从而间接计算出入轨子级的质心，此种测量方法测量为固定值，不具备容器排液过程实时检测的功能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种多容器排液同步检测的试验系统，针对每个容器，排液质心变化进行在线检测，解决多容器产品排液不同步无法直接量化检测问题，完成产品质心变化试验。
本发明采用的技术方案是：一种多容器同步动态液体质心检测系统，容器安装法兰与支撑竖板和支撑底板焊接固定成箱体结构，支撑底板下部通过上层重力传感器与导向底板连接，导向底板下部通过下层重力传感器与底板连接，底板下部装有水平调节组件。
进一步优化，水平调节组件为可调式螺栓支撑组件，位于所述底板四角，底板下部安装有支腿。通过调节可调式螺栓支撑组件确保底板的水平，通过支腿确保底板的稳定。
进一步优化，容器安装法兰与支撑底板平面平行度不超过0.05。
进一步优化，上层重力传感器数量为三个，位置呈正三角形分布于导向底板上，可以通过数据采集测试容器内部燃料分布情况，实现排液过程中实时监测。
进一步优化，导向底板与底板之间安装导向组件，导向组件为导向杆和导向杆上装有的直线运动球轴承，直线运动球轴承穿过导向底板，导向杆保证系统在测量过程中不偏斜，直线运动球轴承可以减小摩擦力对试验系统的影响，有效避免在容器产生质量变化时，受到导向组件的影响。
进一步优化，导向杆和直线运动球轴承数量为三组，位置呈正三角形分布于导向底板上，正三角形分布有利于快速调节平衡。
进一步优化，导向杆的材质为1Cr18Ni9Ti不锈钢，表面粗糙度要求Ra0.8，所述直线运动球轴承采用LMF20型号，有效降低测试过程中微变化产生的误差。
进一步优化，上层重力传感器分布位置形成的正三角形与直线运动球轴承分布位置形成的正三角形角平分线不重合。
进一步优化，底板的材质为1Cr18Ni9Ti不锈钢，所述容器安装法兰、支撑竖板、支撑底板和导向底板的材质为2A12铝合金，这种材质的组合保证产品强度的同时降低测量系统本身质量对测量误差的影响。
进一步优化，多容器同步动态液体质心检测系统数量至少为1组，根据实际情况组装多组质心检测系统可以针对每个容器同时检测多个容器排液时质心的变化。
本发明的有益效果是：
本发明的多容器同步动态液体质心检测系统是根据航天产品质量、质心变化对飞行的影响，而设计的测试实验系统，通过该系统的使用，对产品燃料质量变化能够提前测试，并根据测试结果进行航天产品的优化和完善，对航天产品的质量提供可靠保障。本发明的多容器同步动态液体质心检测系统具体有如下优点：
1、在选材方面，由于产品长期使用，试验系统的强度在设计过程中为重点内容，本发明的质心检测系统所选材质经多次仿真计算得出，既保证了测试系统稳定，又要降低系统自身重量，减小测量误差。
2、每个测试单元中上层重力传感器设计数量三件，按照正三角形分布，可以通过数据采集测试容器内部燃料分布情况，实现排液过程中实时监测，导向底板下方设计一件下层重力传感器，能够通过数据检测，实时对容器内燃料总量变化进行采集，根据数据能够判断排液过程中，延展活塞为线性运动或非线性运动，极大的提高了容器质心测试精度。
3、为了保证系统平衡，在导向底板与底板之间设计三个导向杆，有效保证容器质量变化不会影响测试系统的偏斜，从而降低了测试精度，安装直线运动球轴承，提高了测试系统防倾斜能力，去除自身变化以及容器质心偏移，对导向杆产生摩擦力，提高测试精度。
4、模块化设计，通过一组单元形式，将多容器测试系统进行组合，有效提高测试的标准化、通用性，适用于各种航天推进容器的质心测量。
附图说明
图1为双容器同步动态液体质心检测系统结构示意图；
图2为双容器同步动态液体质心检测系统俯视图；
图3为上层重力感应器位置示意图；
图4为下层重力感应器位置示意图；
图5为多容器同步动态液体质心检测系统结构示意图。
附图标记：1-容器安装法兰 2-支撑竖板 3-支撑底板 4-导向底板 5-导向杆 6-底板 7-支腿 8-直线运动球轴承 9-上层重力传感器 10-下层重力传感器 11-可调式螺栓支撑组件 12-容器A 13-容器B 14-排液口 15-进气口 16-燃料 17-活塞
具体实施方式
本发明是多容器同步动态液体质心检测系统，如图5所示，图中虚线框内为一个液体质心检测系统组合单元，可以根据实际需要进行多容器同步动态液体质心检测系统的搭建。
如图1和图2所示，以两组容器进行同步排液为例进行说明，首先将液体质心检测系统放置在水平地面上，通过调整可调式螺栓支撑组件11，将底板6调至水平位置，通过水平仪进行测量，保证底板6平稳。容器安装法兰1、支撑竖板2和支撑底板3焊接成一体，要求安装法兰1和支撑底板3平面平行度不超过0.05。导向底板4与支撑底板3通过三个上层重力传感器9连接，安装位置如图3所示为正三角形，工作时三个上层重力传感器9共同工作，分别测量该部位的质量微变化，通过拟合计算处理，得到质心偏斜数据。实现支撑底板3以上产品质量变化均能通过上层重力传感器9进行数据采集，并传输到综控计算机中，进行分析处理的功能。
如图1和图4所示，在导向底板4下部的中间位置设置一个下层重力传感器10，外围分布三个导向杆5，保证导向底板4的平稳，因导向底板4下部使用一个下层重力传感器10进行支撑，在发生质量变化时，为防止质心偏斜导致下端失稳，在三个导向杆5上部分别安装直线运动球轴承8，直线运动球轴承8穿过导向底板4。直线运动球轴承8能够在导向杆5上产生滑动，同时三点支撑保证上部结构始终保持竖直，不会使检测系统倾斜，导向杆5和直线运动球轴承8为滑动接触，减少运动摩擦力，更好地调整检测系统的稳定性。如图3所示，三个上层重力传感器9分布位置形成的正三角形与三个直线运动球轴承8分布位置形成的正三角形角平分线不重合，一个正三角形的顶角对应另一个正三角形的边，形成六角星形状，此种位置分布更有利于检测系统的稳定及准确性。
将两组检测系统装配调整好以后，如图1所示，将容器A 12和容器B 13分别固定在两组检测系统的容器安装法兰1上，测试时，进气口15连接气源，根据产品系统使用工况向容器内进行缓慢增压，由于气体作用，可延展的活塞17会推动燃料16，通过排液口14将燃料16送往工作机构。活塞17在运动时，会根据所受液体阻力产生偏斜变化，导致容器中燃料16排放不均匀，质心发生变化，多个容器同时工作时，进气口15压力相同，由于进气口15直径、活塞17面积、材料等个例差异，导致每个容器中液体质量不同，通过上层重力传感器9测量容器重量，进而实时监测产品质量、质心变化情况。
在测量过程中，为了保证系统不偏斜，设计三个辅助功能的导向杆5，为了尽量减小摩擦力对试验系统的影响，通过安装三件直线运动球轴承8实现，有效避免在容器产生质量变化时，受到导向组件的影响。
本实施例中保证多容器同步动态液体质心检测系统的强度，根据容器总重以及试验过程中质心变化对试验系统的影响，根据仿真计算，设计底板6的厚度为30mm，材料选择1Cr18Ni9Ti不锈钢，保证产品强度的同时，为了降低检测系统本身质量对测量误差的影响，容器安装法兰1、支撑底板3、支撑竖板2、导向底板4均采用2A12铝合金进行，厚度为20mm。为了保证系统平衡，在导向底板4与底板6之间的导向杆5采用1Cr18Ni9Ti不锈钢，表面粗糙度要求Ra0.8，安装直线运动球轴承8采用LMF20型号，有效降低测试过程中微变化产生的误差。
本实施例通过理论计算与仿真数据相结合的方式，可以适用多种工况使用，保证液体质心检测系统的可靠性。
Claims (10)
1.一种多容器同步动态液体质心检测系统，其特征在于：容器安装法兰(1)与支撑竖板(2)和支撑底板(3)焊接固定成框架结构，所述支撑底板(3)下部通过上层重力传感器(9)与导向底板(4)连接，所述导向底板(4)下部通过下层重力传感器(10)与底板(6)连接，所述底板(6)下部装有水平调节组件。
2.根据权利要求1所述多容器同步动态液体质心检测系统，其特征在于：所述水平调节组件为可调式螺栓支撑组件(11)，位于所述底板(6)四角，所述底板(6)下部安装有支腿(7)。
3.根据权利要求1所述多容器同步动态液体质心检测系统，其特征在于：所述容器安装法兰(1)与所述支撑底板(3)平面平行度不超过0.05。
4.根据权利要求1所述多容器同步动态液体质心检测系统，其特征在于：所述上层重力传感器(9)数量为三个，位置呈正三角形分布于所述导向底板(4)上。
5.根据权利要求3所述多容器同步动态液体质心检测系统，其特征在于：所述导向底板(4)与底板(6)之间安装导向组件，所述导向组件为导向杆(5)和导向杆(5)上装有的直线运动球轴承(8)，所述直线运动球轴承(8)穿过所述导向底板(4)。
6.根据权利要求4所述多容器同步动态液体质心检测系统，其特征在于：所述导向杆(5)和直线运动球轴承(8)数量为三组，位置呈正三角形分布于所述导向底板(4)上。
7.根据权利要求4所述多容器同步动态液体质心检测系统，其特征在于：所述导向杆(5)的材质为1Cr18Ni9Ti不锈钢，表面粗糙度要求Ra0.8，所述直线运动球轴承(8)采用LMF20型号。
8.根据权利要求5所述多容器同步动态液体质心检测系统，其特征在于：所述上层重力传感器(9)分布位置形成的正三角形与直线运动球轴承(8)分布位置形成的正三角形角平分线不重合。
9.根据权利要求1-8任意一项所述多容器同步动态液体质心检测系统，其特征在于：所述底板(6)的材质为1Cr18Ni9Ti不锈钢，所述容器安装法兰(1)、支撑竖板(2)、支撑底板(3)和导向底板(4)的材质为2A12铝合金。
10.根据权利要求1-8任意一项所述多容器同步动态液体质心检测系统，其特征在于：所述多容器同步动态液体质心检测系统数量至少为1组。
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