CN112630024B - 航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置及其应用方法，测试装置包括垂直悬吊子系统、拉伸子系统、力传感子系统和位移测量子系统；垂直悬吊子系统用于实现豆荚杆的竖直悬吊安装；拉伸子系统包括拉绳、竖直高度位置可调整的滑轮、固定滑轮以及拉力产生装置等，用于对豆荚杆施加拉力并产生变形；力传感子系统用于测量拉绳拉力；所述位移测量子系统用于测量豆荚杆末端位移。本发明提出的测试装置克服了豆荚杆自身重力对结果的影响，提高了测试准确度，且豆荚杆所受拉力牵引方向可以自动调节，能克服变形造成的拉力夹角变化，更好地模拟航天真实应用场景。此外，本发明具有测试结果可信度高、测试方法较为简便等特点。

Description

航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置及其应用方法

技术领域

本发明属于实验力学和材料力学性能表征技术领域，具体涉及一种航天器用豆荚杆结构可承受极限拉力测试装置及其应用方法。

背景技术

豆荚杆是一种由纤维增强树脂基复合材料制成的、可压平后卷曲收拢的薄壁管状杆，由于其在展开状态下的横截面形状呈现出由对称的双Ω构成的豆荚状，故得名豆荚杆。豆荚杆具有质量轻、刚度相对较大、收拢效率高、展开过程可靠、可重复性强、热膨胀系数小等优点，是一种良好的支撑结构形式，为大尺寸航天器可展开支撑杆结构技术方案的解决提供了一种新的技术选择与手段。目前，豆荚杆常用作太阳帆航天器、空间薄膜天线等结构中的支撑承力构件。

根据牛顿第三定律，在太空实际应用中，豆荚杆作为一种承力支撑部件，在它为被支撑物(例如反光薄膜帆面或天线阵面等)提供支撑力的同时，其自身必然受到被支撑物(的反作用力载荷，这种载荷力通常表现为一种拉力的形式。由于豆荚杆的刚度是有限的，在过大的外部拉力作用下，豆荚杆将会发生屈曲等失稳现象，甚至严重时还会造成结构破坏，也就是说，过大的拉力将会使豆荚杆超出其承载能力范围，因此，需要采取一定的技术手段来确定豆荚杆可承受的极限拉力值，为其航天应用提供关键参数支持。

目前现有的技术途径主要是依赖理论数值仿真的方式来对豆荚杆可承受的极限拉力值进行估计。但是，由于豆荚杆采用多层复合材料制造，其结构力学参数往往难以准确给出，精确数学模型的建立也十分困难，由此带来的问题是通过理论仿真计算获取的结果往往准确度不高。因此，急需采取力学试验测试的方式对豆荚杆可承受的极限拉力进行确定。

期刊文献“空间薄壁CFRP豆荚杆悬臂屈曲分析及试验”(作者：蔡祈耀，陈务军，张大旭，等；期刊：上海交通大学学报(自然版)；年份：2016；卷期：50(1)；页码：145-151)为掌握悬臂状态豆荚杆的受力性能，分别以截面2个对称轴为中性轴，对悬臂豆荚杆进行末端加载试验，得到了屈曲荷载及屈曲特性。试验装置主要包括夹具、钢架、钢丝绳和万能试验机等。

专利CN 110579302 A(申请号：201910790664.5；申请日：2019.08.26)公开了一种离心力式物体最大拉力检测装置，该装置利用离心力进行检测，具有反向螺纹结构旋转式有效距离调节机构和螺纹结构连接组合式重物变换机构，是一种机械式检测装置。

专利CN 103018160 B(申请号：201210528158.7；申请日：2012.12.10)公开了一种定量表征薄膜材料界面结合性能的屈曲测试方法及装置，该装置包括万能材料试验机、载荷传感器、CCD相机、监视器、图像处理卡、计算机和数据处理卡等，通过建立涂镀层-基底应力应变历史与剥离特征之间的关系来表征薄膜材料的界面结合性能。

综上所述，现有的技术文献和资料中还鲜有关于航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置或方法的报道，无法为该技术问题的解决提供直接的技术参考或借鉴。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置及其应用方法，旨在解决现有技术手段通过理论仿真计算所获取的豆荚杆可承受极限拉力结果准确度不高的技术难题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置，包括垂直悬吊子系统、拉伸子系统、力传感子系统和位移测量子系统；

所述垂直悬吊子系统包括竖直支撑框架和固定夹具，用于实现豆荚杆的竖直悬吊安装，保证豆荚杆的中心轴线垂直于水平面；所述竖直支撑框架为沿竖直方向固定布置的刚性框架，所述固定夹具以水平的方式设置在所述竖直支撑框架上；所述固定夹具的横截面形状与豆荚杆的横截面形状相同，也呈对称的双Ω状；豆荚杆的起始端能够通过所述固定夹具将进行夹持固定；

所述拉伸子系统包括拉绳、第一滑轮、第二滑轮、拉力产生装置、运动控制器以及计算机，用于对豆荚杆施加拉力从而使豆荚杆产生变形；所述拉绳系于豆荚杆的末端，并经第一滑轮和第二滑轮引导和重新定向后，以卷绕方式连接到拉力产生装置的输出轴上；所述第一滑轮和第二滑轮均起改变拉绳方向的作用，其中，第二滑轮为固定滑轮，而第一滑轮安装在竖直高度自动调整支架上，第一滑轮的竖直高度位置可以自动调整，从而实现拉绳与豆荚杆的中心轴线之间夹角的动态修正；所述拉力产生装置能在计算机发出的运动指令作用下，并经运动控制器的控制，发生精准角度的转动，从而带动拉绳在所述输出轴上进行回收；

所述力传感子系统包括拉力传感器、数据采集单元以及计算机，用于测量拉绳的拉力；所述拉力传感器直接安装在拉绳上，且位于所述第二滑轮与所述拉力产生装置之间；

所述位移测量子系统，用于测量豆荚杆的末端在拉力作用下发生的位移。

可选的，所述竖直支撑框架采用铝型材桁架杆件框架，且所述竖直支撑框架设有调平底座，所述固定夹具设有水平尺。

可选的，所述第一滑轮(5)的初始竖直高度位置通过下式计算：

上式中，H₀为第一滑轮(5)的中心距离地面的初始高度，α为拉绳与豆荚杆中心轴线之间的夹角，r为第一滑轮(5)的半径，d为第一滑轮(5)的中心到豆荚杆中心轴线的水平距离，运算符号tan和sin分别表示正切函数和正弦函数；而所述第一滑轮(5)的实时竖直高度位置的计算公式为：

上式中，H为第一滑轮(5)的中心距离地面的实时高度，F为拉绳的拉力，L为豆荚杆的长度，E和I分别为豆荚杆的弹性模型和截面惯性矩。

可选的，所述位移测量子系统包括相机、图像采集卡以及计算机，通过非接触摄影测量的方式获取豆荚杆末端的位移。

可选的，在所述豆荚杆的末端与拉绳的连接位置处粘贴有特征标识物。

可选的，所述拉绳采用钢丝绳。

可选的，所述拉力产生装置采用步进电机。

可选的，所述拉力传感器采用弹簧式拉力计。

可选的，所述拉力传感器采用应变式力传感器。

此外，本发明还提出了一种应用航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置的应用方法，包括以下步骤：

S1，竖直悬吊安装豆荚杆：用固定夹具将豆荚杆的起始端进行夹持并固定，调节竖直支撑框架的调平底座，并同时观察固定夹具上的水平尺，使固定夹具保持水平状态，从而确保安装后的豆荚杆的中心轴线处于竖直状态；

S2，连接和布置拉绳：在豆荚杆末端的一侧边缘进行打孔，并系上拉绳，拉绳依次经第一滑轮和第二滑轮引导和重新定向后，以卷绕的方式连接到的拉力产生装置的输出轴上；

S3，调整第一滑轮的竖直高度位置：通过调整第一滑轮在竖直高度自动调整支架51上的安装高度，实现第一滑轮的竖直高度位置的调整，使得拉绳与豆荚杆中心轴线之间的夹角α恰好等于试验测试工况下的设计值；

S4，通过回收拉绳对豆荚杆施加一定的拉力：计算机发出运动指令给运动控制器，拉力产生装置在运动控制器的控制下发生精准角度的转动，从而带动拉绳在其输出轴上的回收，进而使豆荚杆在拉绳的拉力作用下产生位移和变形；

S5，利用力传感子系统测量拉绳的拉力：将拉力传感器测量的拉力数据输出给数据采集单元，数据采集单元将拉力数据进行模数变换后再输出给计算机；

S6，利用位移测量子系统测量豆荚杆末端的位移：相机对豆荚杆末端与拉绳的连接点进行实时动态拍照，并将图像输出给图像采集卡，图像采集卡再将图像输出给安装有图像处理软件的计算机，进而解算出所述连接点在拉绳拉力作用下发生的位移；

S7，不断地增大步骤S4中拉绳的拉力，同时记录步骤S5中获取的拉力数据和步骤S6中获取的位移数据，并绘制拉力与位移之间的变化曲线，直至豆荚杆发生结构屈曲为止；最后根据拉力与位移之间的变化曲线，确定航天器用豆荚杆可承受的极限拉力。

与现有的常规技术相比，本发明所提出的技术方案取得的有益技术效果主要体现在以下几个方面：

其一，本发明提出的测试装置克服了豆荚杆自身重力对测试结果的影响，从而提高了测试的准确度。具体地，本发明中的被测对象——豆荚杆采用了竖直悬吊安装的方式，通过调整竖直支撑框架的调平底座以及在固定夹具设置水平尺，保证固定夹具严格水平布置，进而确保豆荚杆的中心轴线处于竖直状态，这就使得消除了豆荚杆由于自身重力作用而产生的弯矩及其变形，避免了测量中豆荚杆自身重力所导致的变形误差。

其二，本发明中豆荚杆所受拉力的牵引方向可以自动调节，从而动态地修正拉力方向与豆荚杆中心轴线之间的夹角，这就克服了豆荚杆在拉力作用下发生结构变形的影响，进而能够更好地模拟豆荚杆在航天器上的真实应用场景。在实际的航天器应用场合中，要求拉力方向与豆荚杆中心轴线之间的夹角保持一个固定的角度，然而，由于豆荚杆受到拉力的作用下会产生结构变形，从而引起所述夹角发生微小的变化。本发明中，通过设置一个竖直高度位置可以自动调节的滑轮，实现了拉绳牵引方向的自动调节，从而能够克服豆荚杆自身结构在拉力作用下的变形所造成的夹角变化，因而能够更好地实现豆荚杆在航天器上真实应用情形的模拟。

其三，本发明是通过实验测试的手段来获取豆荚杆可承受的极限拉力，因此，测试结果具有较高的可信度。

此外，应用本发明所述测试装置进行测试的方法相对较为简便，能有效实现豆荚杆可承受的极限拉力测试，从而为豆荚杆这类结构在航天器上的应用提供了关键参数支持和设计指导。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为豆荚杆的三维结构示意图。

图2为豆荚杆的横截面结构示意图。

图3为豆荚杆用作太阳帆航天器支撑结构的示意图；

图4为本发明所述测试装置的组成图；

图5为本发明实施例中固定夹具的结构示意图；

图6为本发明实施例中拉力与豆荚杆末端位移之间的变化曲线图。

本发明的附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	豆荚杆	9	数据采集单元
2	竖直支撑框架	10	运动控制器
				3	固定夹具	11	相机
4	拉绳	12	图像采集卡
				5	第一滑轮	13	计算机
6	第二滑轮	51	竖直高度自动调整支架
				7	拉力传感器	81	输出轴
8	拉力产生装置	A	豆荚杆末端上与拉绳的连接点

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2所示的豆荚杆结构示意图，这种横截面呈对称双Ω形状的豆荚杆是一种良好的航天支撑承力结构形式，为大尺寸航天器可展开支撑杆结构的解决提供了一种较好的选择。图3示意了将豆荚杆1用作太阳帆航天器中薄膜帆面的支撑结构的情形，为简明起见，图3仅显示了该太阳帆航天器结构的六分之一。豆荚杆1固定连接在太阳帆航天器本体的侧面，呈一端固定、一端自由的悬臂杆状态；薄膜帆面通过拉绳张拉在豆荚杆1的末端点A和B上。为了保证薄膜帆面的高平面度以获取更大的太阳光压推力，太阳帆航天器中薄膜帆面必须处于一个张紧状态，因此豆荚杆1将会受到薄膜帆面的拉力作用，该拉力的大小也直接决定了薄膜帆面的张紧程度。在太阳帆航天器的结构设计中，必须针对豆荚杆这一太阳帆航天器中的关键承力部件，开展其机械和材料性能的广泛和深入测试，以掌握豆荚杆1允许承受的极限拉力这一结构设计中的重要指标，保证豆荚杆结构在展开状态下的稳定性。

为解决上述问题，本发明提出了一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置，如图4所示。所述航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置包括垂直悬吊子系统、拉伸子系统、力传感子系统、位移测量子系统，该测试装置针对本发明中的被测对象，即图1和图2所示的横截面呈对称的双Ω形状的豆荚杆1开展地面试验测试。

1)垂直悬吊子系统

所述垂直悬吊子系统包括竖直支撑框架2和固定夹具3，用于实现豆荚杆1的竖直悬吊安装，保证豆荚杆1的中心轴线垂直于水平面，即处于一种竖直状态；豆荚杆1的一端，这里称为起始端，通过固定夹具3进行夹持固定在竖直支撑框架2上，而另一端，这里称为末端或者自由端，处于自由状态，使得固定安装后的豆荚杆1为悬臂状态，以真实地模拟图3所示应用场合的状态。之所以将豆荚杆1在竖直方向上进行悬吊安装，是为了补偿豆荚杆自身的重力效应，这样就很好地消除了水平方式布置时由于豆荚杆自身的重力作用而在豆荚杆杆上产生的弯矩及其变形，避免了豆荚杆自身重力所导致的变形误差。进一步地，所述竖直支撑框架2为沿竖直方向固定布置的刚性框架，这里所说的竖直方向应理解为垂直于水平面的方向；所述固定夹具3的结构如图5所示，其截面形状与豆荚杆1的横截面形状相同，也为对称的双Ω形状，固定夹具3沿水平方向布置，以垂直的方式与所述竖直支撑框架2连接，也就是说，固定夹具3以水平的方式布置在所述竖直支撑框架2上。为了确保固定夹具3处于水平状态，还可在竖直支撑框架2上设置调平底座，而在固定夹具3上设置水平尺，通过在调节所述调平底座的同时观察水平尺的状态，实现固定夹具的水平状态。

本实施例中，竖直支撑框架2采用铝型材桁架杆件框架。

2)拉伸子系统

所述拉伸子系统包括拉绳4、第一滑轮5、第二滑轮6、拉力产生装置8、运动控制器10以及计算机13，用于对豆荚杆1施加拉力从而使豆荚杆结构产生变形；

如图4所示，在豆荚杆1末端(即自由端)一侧的A点处，系有一根高强度的拉绳4，拉绳4的方向经第一滑轮5和第二滑轮6引导和重新定向后，以卷绕的方式连接到的拉力产生装置8的输出轴81上。具体工作过程为：在计算机13发出运动指令给运动控制器10后，拉力产生装置8能够在运动控制器10的控制下发生精准角度的转动，从而带动拉绳4在其输出轴81上的回收，进而使豆荚杆在拉绳的拉力作用下产生位移和变形。

所述第一滑轮5和第二滑轮6的作用均为改变拉绳4的方向，实现对拉绳4的引导和重新定向，其中，第二滑轮6为固定滑轮，即其安装位置是固定不变的；而第一滑轮5安装在竖直高度自动调整支架51上，竖直高度自动调整支架51可以使第一滑轮5的安装高度发生自动调整和改变，从而动态地修正拉绳4与豆荚杆中心轴线之间的夹角α，请参阅图4。由于该夹角α可以自动修正，保持一个固定的设计角度，因而可以更好地实现豆荚杆在航天器上真实应用情形的模拟。

设r为第一滑轮5的半径，H₀为第一滑轮5的中心距离地面的初始高度，d为第一滑轮5的中心到豆荚杆中心轴线的水平距离，则有：

上式中，α为拉绳与豆荚杆中心轴线之间的夹角，tan表示正切函数，sin表示正弦函数。

由于拉力的作用会引起夹角的细微变化，为了克服该影响，本发明中第一滑轮5的中心距离地面的高度可以通过竖直高度自动调整支架51进行自动调整，记H为第一滑轮5的中心距离地面的实时高度，其计算公式为：

上式中，F为拉绳的拉力，L为豆荚杆的长度，E和I分别为豆荚杆的弹性模型和截面惯性矩。

本实施例中，拉绳4采用高强度钢丝绳。

本实施例中，拉力产生装置8采用步进电机，其可传递的最大扭矩为10Nm，可产生最大拉力为500N，为保持平衡起见，还可以在步进电机的另一侧附加配重块。

3)力传感子系统

所述力传感子系统包括拉力传感器7、数据采集单元9以及计算机13，用于测量拉绳4的拉力。所述拉力传感器7直接安装在拉绳4上，且位于第二滑轮6与拉力产生装置8之间。拉力传感器7所测量的拉力数据可以输出给数据采集单元9，而后再输出给计算机13。

本实施例中，拉力传感器7采用弹簧式拉力计。此外，也可以采用应变式力传感器。

4)位移测量子系统

所述位移测量子系统，用于测量豆荚杆末端点A在拉力作用下发生的位移。可以有多种方法实现对该位移进行测量，例如摄影测量方法、激光三角测量法等。本实施例中，采用非接触摄影测量方法进行测量。

如图4所示，位移测量子系统包括相机11、图像采集卡12以及计算机13。为了进一步使图像特征明显，在豆荚杆末端与拉绳4的连接位置处，即点A处，粘贴特征标识物，例如十字丝，采用相机11进行动态拍照，图像经图像采集卡12输入给安装有图像处理软件的计算机13，进而解算出点A在拉绳拉力作用下发生位移。

基于上文所述的航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置，本发明还提出了一种前述航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置的应用方法，其步骤包括：

S1，竖直悬吊安装豆荚杆：用固定夹具3将豆荚杆的起始端进行夹持并固定，调节竖直支撑框架2的调平底座，并同时观察固定夹具3上的水平尺，使固定夹具3保持水平状态，从而确保安装后的豆荚杆的中心轴线处于竖直状态；

S2，连接和布置拉绳：在豆荚杆末端的一侧边缘进行打孔，并系上拉绳，拉绳依次经第一滑轮5和第二滑轮6引导和重新定向后，以卷绕的方式连接到的拉力产生装置8的输出轴81上；

S3，调整第一滑轮5的竖直高度位置：通过调整第一滑轮5在竖直高度自动调整支架51上的安装高度，实现第一滑轮5的竖直高度位置的调整，使得拉绳4与豆荚杆中心轴线之间的夹角α恰好等于试验测试工况下的设计值；

S4，通过回收拉绳对豆荚杆施加一定的拉力：计算机13发出运动指令给运动控制器10后，拉力产生装置8能够在运动控制器10的控制下发生精准角度的转动，从而带动拉绳4在其输出轴81上的回收，进而使豆荚杆在拉绳的拉力作用下产生位移和变形；

S5，利用力传感子系统测量拉绳的拉力：将拉力传感器7测量的拉力数据输出给数据采集单元9，数据采集单元9将拉力数据进行模数变换后再输出给计算机13；

S6，利用位移测量子系统测量豆荚杆末端的位移：相机11对豆荚杆末端与拉绳的连接点进行实时动态拍照，并将图像输出给图像采集卡12，图像采集卡12再将图像输出给安装有图像处理软件的计算机13，进而解算出所述连接点在拉绳拉力作用下发生的位移；

S7，不断地增大步骤S4中拉绳的拉力，同时记录步骤S5中获取的拉力数据和步骤S6中获取的位移数据，并绘制拉力与位移之间的变化曲线，直至豆荚杆发生结构屈曲为止；最后根据拉力与位移之间的变化曲线，确定航天器用豆荚杆可承受的极限拉力。

下面以一根碳纤维复合材料豆荚杆试验件为被测对象，利用本发明所提出的测试装置和测试方法开展测试。

该豆荚杆试验件的参数如下：

1)横截面参数：豆荚杆试验件的横截面构型如图2所示，整体结构可分为上下两个单片，两个单片以对称方式拼合而成一个截面封闭的结构，每个单片的截面由两段宽度为b的直线、两段60°的圆弧和一段120°的圆弧拼接而成，其中圆弧的半径均为r。其中r＝23mm,b＝8mm。

2)材料：采用碳纤维T300/LD180预浸料材料制作而成，共计6层，每层的厚度为0.04mm，铺层方式为[+45/0/-45]_s。

3)长度：豆荚杆试验件长度为1600mm。

4)开孔位置及大小：在豆荚杆末端与拉绳的连接点(即图4中的点A)处开设一个Ф3.0mm的通孔，该通孔的中心距离豆荚杆的侧边以及豆荚杆的末端面均为4.0mm。

本实施例测试装置中，采用步进电机作为拉力产生装置，采用弹簧式拉力计作为拉力传感器，采用图4所示的非接触摄影测量方法来获取豆荚杆末端的位移，拉绳与豆荚杆中心轴线之间的夹角α的设计值为30°。

利用本发明所提出的测试装置和测试方法进行豆荚杆可承受的极限拉力测试，得到的拉力与位移之间的变化曲线如图6所示。由图6可知，豆荚杆最大可承受的极限拉力约为332N，该拉力值即为该豆荚杆的临界屈曲载荷，为安全起见，考虑2倍的安全裕度，实际设计中豆荚杆允许承受的极限拉力可以设为332N/2＝166N。

综述所述，本发明提出的测试装置克服了豆荚杆自身重力对测试结果的影响，从而提高了测试的准确度，且本发明中豆荚杆所受拉力的牵引方向可以自动调节，以克服结构变形导致的拉角变化的影响，从而能够更好地模拟豆荚杆在航天器上的真实应用场景。由于本发明是通过实验测试的手段来获取豆荚杆可承受的极限拉力，因此测试结果具有较高的可信度。此外，应用本发明所述测试装置进行测试的方法相对较为简便，能有效实现豆荚杆可承受的极限拉力测试，从而为豆荚杆这类结构在航天器上的应用提供了关键参数支持和设计指导。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置，其特征在于，包括垂直悬吊子系统、拉伸子系统、力传感子系统和位移测量子系统；

所述垂直悬吊子系统包括竖直支撑框架(2)和固定夹具(3)，用于实现豆荚杆(1)的竖直悬吊安装，保证豆荚杆(1)的中心轴线垂直于水平面；所述竖直支撑框架(2)为沿竖直方向固定布置的刚性框架，所述固定夹具(3)以水平的方式设置在所述竖直支撑框架(2)上；所述固定夹具(3)的横截面形状与豆荚杆(1)的横截面形状相同，也呈对称的双Ω状；豆荚杆(1)的起始端能够通过所述固定夹具(3)将进行夹持固定；

所述拉伸子系统包括拉绳(4)、第一滑轮(5)、第二滑轮(6)、拉力产生装置(8)、运动控制器(10)以及计算机(13)，用于对豆荚杆(1)施加拉力从而使豆荚杆(1)产生变形；所述拉绳(4)系于豆荚杆(1)的末端，并经第一滑轮(5)和第二滑轮(6)引导和重新定向后，以卷绕方式连接到拉力产生装置(8)的输出轴(81)上；所述第一滑轮(5)和第二滑轮(6)均起改变拉绳(4)方向的作用，其中，第二滑轮(6)为固定滑轮，而第一滑轮(5)安装在竖直高度自动调整支架(51)上，第一滑轮(5)的竖直高度位置可以自动调整，从而实现拉绳(4)与豆荚杆(1)的中心轴线之间夹角的动态修正；所述拉力产生装置(8)能在计算机(13)发出的运动指令作用下，并经运动控制器(10)的控制，发生精准角度的转动，从而带动拉绳(4)在所述输出轴(81)上进行回收；

所述力传感子系统包括拉力传感器(7)、数据采集单元(9)以及计算机(13)，用于测量拉绳(4)的拉力；所述拉力传感器(7)直接安装在拉绳(4)上，且位于所述第二滑轮(6)与所述拉力产生装置(8)之间；

所述位移测量子系统，用于测量豆荚杆(1)的末端在拉力作用下发生的位移，所述第一滑轮(5)的初始竖直高度位置通过下式计算：

上式中，H₀为第一滑轮(5)的中心距离地面的初始高度，α为拉绳与豆荚杆中心轴线之间的夹角，r为第一滑轮(5)的半径，d为第一滑轮(5)的中心到豆荚杆中心轴线的水平距离，运算符号tan和sin分别表示正切函数和正弦函数；而所述第一滑轮(5)的实时竖直高度位置的计算公式为：

上式中，H为第一滑轮(5)的中心距离地面的实时高度，F为拉绳的拉力，L为豆荚杆的长度，E和I分别为豆荚杆的弹性模量和截面惯性矩。

2.如权利要求1所述的一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置，其特征在于，所述竖直支撑框架(2)采用铝型材桁架杆件框架，且所述竖直支撑框架(2)设有调平底座，所述固定夹具(3)设有水平尺。

3.如权利要求1所述的一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置，其特征在于，所述位移测量子系统包括相机(11)、图像采集卡(12)以及计算机(13)，通过非接触摄影测量的方式获取豆荚杆(1)末端的位移。

4.如权利要求3所述的一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置，其特征在于，在所述豆荚杆(1)的末端与拉绳(4)的连接位置处粘贴有特征标识物。

5.如权利要求1所述的一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置，其特征在于，所述拉绳(4)采用钢丝绳。

6.如权利要求1所述的一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置，其特征在于，所述拉力产生装置(8)采用步进电机。

7.如权利要求1所述的一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置，其特征在于，所述拉力传感器(7)采用弹簧式拉力计。

8.如权利要求1所述的一种航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置，其特征在于，所述拉力传感器(7)采用应变式力传感器。

9.一种应用如权利要求1至8中任一项所述的航天器用豆荚杆可承受极限拉力测试装置的应用方法，包括以下步骤：

S1，竖直悬吊安装豆荚杆(1)：用固定夹具(3)将豆荚杆(1)的起始端进行夹持并固定，调节竖直支撑框架(2)的调平底座，并同时观察固定夹具(3)上的水平尺，使固定夹具(3)保持水平状态，从而确保安装后的豆荚杆的中心轴线处于竖直状态；

S2，连接和布置拉绳(4)：在豆荚杆(1)末端的一侧边缘进行打孔，并系上拉绳(4)，拉绳依次经第一滑轮(5)和第二滑轮(6)引导和重新定向后，以卷绕的方式连接到的拉力产生装置(8)的输出轴(81)上；

S3，调整第一滑轮(5)的竖直高度位置：通过调整第一滑轮(5)在竖直高度自动调整支架51上的安装高度，实现第一滑轮(5)的竖直高度位置的调整，使得拉绳(4)与豆荚杆中心轴线之间的夹角α恰好等于试验测试工况下的设计值；

S4，通过回收拉绳(4)对豆荚杆(1)施加一定的拉力：计算机(13)发出运动指令给运动控制器(10)，拉力产生装置(8)在运动控制器(10)的控制下发生精准角度的转动，从而带动拉绳(4)在其输出轴(81)上的回收，进而使豆荚杆(1)在拉绳(4)的拉力作用下产生位移和变形；

S5，利用力传感子系统测量拉绳(4)的拉力：将拉力传感器(7)测量的拉力数据输出给数据采集单元(9)，数据采集单元(9)将拉力数据进行模数变换后再输出给计算机(13)；

S6，利用位移测量子系统测量豆荚杆(1)末端的位移：相机(11)对豆荚杆(1)末端与拉绳(4)的连接点进行实时动态拍照，并将图像输出给图像采集卡(12)，图像采集卡(12)再将图像输出给安装有图像处理软件的计算机(13)，进而解算出所述连接点在拉绳(4)拉力作用下发生的位移；

S7，不断地增大步骤S4中拉绳(4)的拉力，同时记录步骤S5中获取的拉力数据和步骤S6中获取的位移数据，并绘制拉力与位移之间的变化曲线，直至豆荚杆(1)发生结构屈曲为止；最后根据拉力与位移之间的变化曲线，确定航天器用豆荚杆可承受的极限拉力。

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