CN114013692A - 一种真空低温条件下的旋转试验机构及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种真空低温条件下的旋转试验机构及试验方法，涉及航天器模拟试验技术领域。该试验机构包括步进电机、轴承、导电滑环、旋转轴、机构支撑杆、载物台、隔热组件、电加热器、密封接插件、旋转机架、支撑框架和控制系统，旋转机架安装在支撑框架上，步进电机安装在旋转机架上，步进电机通过轴承、旋转轴和导电滑环连接载物台，试验部件悬吊安装在载物台上，步进电机进行无油化处理从而保证试验环境的洁净度，步进电机和导电滑环通过电加热器等结构保证了低温、真空状态下的运行。试验过程中装置整体处于真空、低温状态下运行，并提供恒定的转动速度以及测试信号的传输通道。其具有操作简便、结构互换性高、调节精度高等优点。

Description

一种真空低温条件下的旋转试验机构及试验方法

技术领域

本发明涉及航天器模拟试验技术领域，尤其是一种真空低温条件下的旋转试验机构及试验方法。

背景技术

随着航天科技的发展，航天器对于真空热试验的需求越来越大，试验项目越来越多，地面试验力求真实模拟航天器在轨情况，为了保证航天器在轨正常运行，需要通过地面模拟试验对在轨状态下的运行情况进行模拟。由于航天器在运行过程中其与太阳、地球的位置不断变化所以需要验证各个组件的温度等适应范围。热能的传递方式包括热传导、热对流、热辐射，太空中为高真空环境，热能的传递方式只有热辐射，因此向阳面受到太阳辐射温度很高，背阴面温度非常低。

航天器为了维持正常的运行，通常会使用一些热控措施，但是由于航天器结构复杂，各个位置的要求与部组件的温度适应范围不同。因此要在地面进行真空热试验进行验证航天器的有效性。现有技术中，模拟不同工况下航天器在轨温度一般使用两种方法：第一种方法为在表面粘贴电加热器，不同位置的电加热器发送不同的功率来模拟在轨情况；第二种方法是使用红外加热笼来模拟太空中的外热流，通过加载不同功率模拟在轨工况。这两种方法均使用一段时间的平均热流值进行加载，与真实情况下的外热流有略微差异。因受到试验系统的限制，无法真实模拟。为此需要提供更为贴合实际的试验条件，试验前把产品固定在一个安装面上，试验中让安装面带动航天器按照在轨实际情况进行旋转，在航天器一侧模拟真实太阳光照，另外一侧模拟地球反射热流等条件，从而可以使得产品能获得在轨真实运动状态下的温度数据。

发明内容

为了实现真空、低温环境下航天器的在轨模拟，提供贴合实际的试验条件，保证试验机构的转速和温度测试精度，本发明提供了一种真空低温条件下的旋转试验机构及试验方法，具体的技术方案如下。

一种真空低温条件下的旋转试验机构，包括驱动电机、联轴器、导电滑环、旋转轴、载物台、隔热组件、电加热器、密封接插件、旋转机架和支撑框架，所述旋转机架安装在支撑框架上，步进电机安装在旋转机架上；所述步进电机通过联轴器、旋转轴和导电滑环连接载物台，试验部件悬吊安装在载物台上；所述驱动电机、导电滑环上分别设置电加热器、T型热电偶和隔热组件，轴承支撑板密封驱动电机和载物台之间的传动部件；所述密封接插件与真空罐体相配合。

优选的是，驱动电机为步进电机，电机支架固定在第一轴承支撑板上，第一轴承支撑板悬吊配置在旋转机架上，旋转机架与支撑框架顶部的导轨相互配合。

还优选的是，第一轴承支撑板上设置有多个吊环螺钉，第一轴承支撑板的边缘设置有多个侧板固定块；第一轴承支撑板和第二轴承支撑板之间设置有多个支撑杆；第一轴承支撑板和第二轴承支撑板的中心位置均设置有轴承座。

还优选的是，驱动电机连接轴承器，轴承器和第一轴承支撑板上的第一轴承座相连，第一轴承座和第二轴承座之间配置有旋转轴，旋转轴上设置有导电滑环。

还优选的是，第一轴承支撑板和第二轴承支撑板之间还布置有第三轴承支撑板，第三轴承支撑板通过支撑杆连接固定第一轴承支撑板和第二轴承支撑板，第三轴承支撑板上设置有轴承座。

进一步优选的是，导电滑环通过滑环支撑杆固定在轴承支撑板上，所述第二轴承支撑板上设置有转速计，转速计通过转速支架固定在第二轴承支撑板和载物台之间。

进一步优选的是，导电滑环的转子上设置有固定孔，导电滑环上设置有止动片；所述旋转轴的端部连接固定载物台；所述载物台上均匀排列布置有多个通孔；所述试验部件呈球形，试验部件通过通孔固定在载物台上。

进一步优选的是，驱动电机、电加热器和旋转机架均与控制系统相连，控制系统调整旋转速度，电机和导电滑环的工作温度。

一种真空低温条件下的旋转试验方法，利用上述的一种真空低温条件下的旋转试验机构，具体包括：悬挂试验部件，对步进电机进行无油化处理；模拟真空、低温的环境；控制电机和导电滑环的工作温度，控制试验部件的转速为0r/s-3r/s，测试试验部件表面温度并记录数据。

进一步优选的是，真空的环境真空度优于1.3×10^-3Pa，低温的环境温度优于100k。

本发明提供的一种真空低温条件下的旋转试验机构及试验方法有益效果包括：试验机构在驱动电机、导电滑环上分别设置电加热器、T型热电偶和隔热组件，从而可以保证其在低温、真空状态下的正常运行，试验部件实现了悬挂式安装，从而模拟更加贴合实际条件，步进电机可以精确的调节旋转速度，以及旋转的角度和圈数；该机构大量使用了标准件，对部分组件进行了无油化处理，从而保证了各部件的互换性，降低了制作成本；利用该结构的整体设计解决了传动机构低温卡死的问题，保证了低温、真空状态下的正常运行。另外利用该机构进行试验，可以模拟航天器的真实在轨状态，还具有操作简便、结构互换性高、调节精度高等优点。

附图说明

图1是真空低温条件下的旋转试验机构的示意图；

图2是真空低温条件下的旋转试验机构的侧视图；

图3是真空低温条件下的旋转试验机构的俯视图；

图4是试验机构的部分结构示意图；

图5是载物台及传动结构示意图；

图6是载物台装配结构爆炸图；

图7是侧板固定块结构示意图

图8是转速计支撑架的结构示意图；

图9是滑环止动片结构示意图；

图10是轴承支撑板结构示意图；

图11是隔热块结构示意图；

图12是旋转轴结构示意图；

图13是连接转轴结构示意图；

图14是旋转轴连接件结构示意图；

图15是载物台结构示意图；

图16真空罐试验机构示意图；

图中：1-驱动电机、2-联轴器、3-导电滑环、4-旋转轴、5-载物台、6-隔热组件、7-电加热器、8-密封接插件、9-旋转机架、10-支撑框架、11-试验部件、12-侧板、13-第一轴承支撑板、14-第二轴承支撑板、15-第三轴承支撑板、16-电机支架、17-止动片、18-转速支架，19-隔热块、20-侧板固定块，21-真空罐，22-电缆。

具体实施方式

结合图1至图16所示，对本发明提供的一种真空低温条件下的旋转试验机构及试验方法的具体实施方式进行说明。

一种真空低温条件下的旋转试验机构，包括驱动电机1、联轴器2、导电滑环3、旋转轴4、载物台5、隔热组件6、电加热器7、密封接插件8、旋转机架9和支撑框架10，该结构可以在真空低温状态的下运行，驱动电机11和传动结构控制支撑框架为试验机构提供稳定的转速，并监测试验部件的温度。旋转机架9安装在支撑框架上，步进电机安装在旋转机架上，旋转机架结构安装在支撑框架顶部，从而实现驱动电机的悬吊。步进电机通过联轴器、旋转轴和导电滑环连接载物台，试验部件11悬吊安装在载物台上，实现试验部件的悬吊安装，从而使试验贴合实际，提高试验精度。驱动电机1、导电滑环3上分别设置电加热器、T型热电偶和隔热组件，保证驱动电机1和导电滑环3在真空低温状态下平稳运行。轴承支撑板密封驱动电机和载物台之间的传动部件，驱动电机1和导电滑环3做无油化处理，保证了试验环境的真空度。密封接插件与真空罐体相配合，其具有高度的气密封性能，防止罐体漏气，保证了密封罐体结构的密封性能；真空罐提供的真空的环境真空度小于1.3×10^-3Pa，低温的环境温度低于100k。

其中驱动电机1为步进电机，步进电机能够更好的控制转速和转动角度，电机仅需要无油化处理即可，部件的通用性和互换性高。电机通过电机支架固定，电机支架固定在第一轴承支撑板上，第一轴承支撑板13悬吊配置在旋转机架上，旋转机架9与支撑框架10顶部的导轨相互配合，支撑框架10和试验装置相互配合固定。第一轴承支撑板13上还设置有多个吊环螺钉，第一轴承支撑板的边缘设置有多个侧板固定块20，侧板12安装后密封该部分空间，其中侧板使用铝材制作而成。第一轴承支撑板13和第二轴承支撑板14之间设置有多个支撑杆，第一轴承支撑板13和第二轴承支撑板13的中心位置均设置有轴承座，用于安装轴承，配合旋转轴转动。

驱动电机1连接轴承器，轴承器传递电机的动力，轴承器和第一轴承支撑板上的第一轴承座相连，轴承座方便轴承器的安装，第一轴承座和第二轴承座之间配置有旋转轴4，旋转轴上设置有导电滑环3，保证了载物台5的连续旋转，并且还保证了从电机到载物台之间旋转位置的传送功率。

第一轴承支撑板13和第二轴承支撑板14之间还布置有第三轴承支撑板15，第三轴承支撑板15通过支撑杆连接固定第一轴承支撑板和第二轴承支撑板，第三轴承支撑板上设置有轴承座。导电滑环3通过滑环支撑杆固定在轴承支撑板上，第二轴承支撑板上设置有转速计，转速计通过转速支架18固定在第二轴承支撑板和载物台之间，用于测量载物台的转速。

导电滑环3的转子上设置有固定孔，用于安装固定，导电滑环上还设置有止动片17。旋转轴的端部连接固定载物台。载物台5上均匀排列布置有多个通孔，试验部件11呈球形，试验部件11通过通孔固定在载物台上，悬吊试验部件从而可以模拟真实工作的状态。在试验部件的一侧模拟真实太阳光照，另外一侧模拟地球反射热流等条件，从而可以使得产品能获得在轨真实运动状态下的温度数据，空间模拟室模拟太空环境。

驱动电机1、电加热器7和旋转机架9均与控制系统相连，控制系统调整旋转速度，电机和导电滑环3的工作温度；控制系统调整电加热器可以设定温度范围，保证驱动电机和电加热器在工作时的温度，从而保证其正常的运行。隔热组件包括多个隔热块19，隔热块使用玻璃钢材料加工而成，

一种真空低温条件下的旋转试验方法，利用上述的一种真空低温条件下的旋转试验机构，具体包括：悬挂试验部件，试验部件模拟航天器的结构。对步进电机进行无油化处理，保证试验空间的真空环境。模拟真空、低温的环境，可以将支撑框架置于真空、低温模拟试验装置内，支撑框架底部设置有固定结构，用于固定试验机构。利用控制系统控制电机和导电滑环的工作温度，控制试验部件的转速为0r/s-3r/s，测试试验部件表面温度并记录数据。真空的环境真空度优于1.3×10^-3Pa，低温的环境温度优于100k，为了适应上述的低温和真空环境，利用控制系统调节控制电机和转动部件的温度，避免了低温卡死的问题；对驱动电机和导电滑环的无油化处理，提高了各个部件的互换性。

该试验机构在驱动电机、导电滑环上分别设置电加热器、T型热电偶和隔热组件，从而可以保证其在低温、真空状态下的正常运行，其利用的部件互换性高，不需要进行特殊的处理，所以试验更加经济，方便结构的维保。试验部件实现了悬挂式安装，从而模拟更加贴合实际条件。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种真空低温条件下的旋转试验机构，其特征在于，包括驱动电机、联轴器、导电滑环、旋转轴、载物台、隔热组件、电加热器、密封接插件、旋转机架和支撑框架，所述旋转机架安装在支撑框架上，步进电机安装在旋转机架上；所述步进电机通过联轴器、旋转轴和导电滑环连接载物台，试验部件悬吊安装在载物台上；所述驱动电机、导电滑环上分别设置电加热器、T型热电偶和隔热组件，轴承支撑板密封驱动电机和载物台之间的传动部件；所述密封接插件与真空罐体相配合。

2.根据权利要求1所述的一种真空低温条件下的旋转试验机构，其特征在于，所述驱动电机为步进电机，电机支架固定在第一轴承支撑板上，第一轴承支撑板悬吊配置在旋转机架上，旋转机架与支撑框架顶部的导轨相互配合。

3.根据权利要求2所述的一种真空低温条件下的旋转试验机构，其特征在于，所述第一轴承支撑板上设置有多个吊环螺钉，第一轴承支撑板的边缘设置有多个侧板固定块；第一轴承支撑板和第二轴承支撑板之间设置有多个支撑杆；第一轴承支撑板和第二轴承支撑板的中心位置均设置有轴承座。

4.根据权利要求1或3所述的一种真空低温条件下的旋转试验机构，其特征在于，所述驱动电机连接轴承器，轴承器和第一轴承支撑板上的第一轴承座相连，第一轴承座和第二轴承座之间配置有旋转轴，旋转轴上设置有导电滑环。

5.根据权利要求3所述的一种真空低温条件下的旋转试验机构，其特征在于，所述第一轴承支撑板和第二轴承支撑板之间还布置有第三轴承支撑板，第三轴承支撑板通过支撑杆连接固定第一轴承支撑板和第二轴承支撑板，第三轴承支撑板上设置有轴承座。

6.根据权利要求4所述的一种真空低温条件下的旋转试验机构，其特征在于，所述导电滑环通过滑环支撑杆固定在轴承支撑板上，所述第二轴承支撑板上设置有转速计，转速计通过转速支架固定在第二轴承支撑板和载物台之间。

7.根据权利要求4所述的一种真空低温条件下的旋转试验机构，其特征在于，所述导电滑环的转子上设置有固定孔，导电滑环上设置有止动片；所述旋转轴的端部连接固定载物台；所述载物台上均匀排列布置有多个通孔；所述试验部件呈球形，试验部件通过通孔固定在载物台上。

8.根据权利要求1所述的一种真空低温条件下的旋转试验机构，其特征在于，所述驱动电机、电加热器和旋转机架均与控制系统相连，控制系统调整旋转速度，电机和导电滑环的工作温度。

9.一种真空低温条件下的旋转试验方法，利用权利要求1至8任一项所述的一种真空低温条件下的旋转试验机构，具体包括：悬挂试验部件，对步进电机进行无油化处理；模拟真空、低温的环境；控制电机和导电滑环的工作温度，控制试验部件的转速为0r/s-3r/s，测试试验部件表面温度并记录数据。

10.根据权利要求9所述的一种真空低温条件下的旋转试验方法，其特征在于，所述真空的环境真空度优于1.3×10^-3Pa，低温的环境温度优于100k。

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