CN114295401B

CN114295401B - 航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置及方法

Info

Publication number: CN114295401B
Application number: CN202111656189.6A
Authority: CN
Inventors: 臧博; 周国栋; 张宝康; 刘禹含; 刘炳立; 刘丽英
Original assignee: Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Current assignee: Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2041-12-31
Also published as: CN114295401A; WO2023123731A1

Abstract

本发明提供了一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置及方法，涉及航天器模拟试验技术领域。该装置包括连接块、连接板、加载框架、垫片、加载斜撑、纵向杠杆、横向杠杆、纵向连杆、横向连杆和舱体，舱体的截面呈多边形，舱体内壁分布配置有多个连接块，连接块和连接板固定配置，加载框架安装在连接板上，垫片安装在加载框架的中心位置，加载框架上还设置有5个加载点位置，多个纵向杠杆联合向加载位置施加载荷，纵向连杆引出纵向合力；加载框架上设置4个加载斜撑，横向杠杆与加载斜撑配合安装，横向连杆引出横向合力。利用该装置进行航天器舱体推进静力试验考核，适用于加载点分布半径大、数量多等条件，实现有效的模拟。

Description

航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置及方法

技术领域

本发明涉及航天器力学模拟试验技术领域，尤其是一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置及方法。

背景技术

航天器舱体推进模块的静力试验，主要对推进模块结构性能进行测试，考核推进模块的设计的合理性及承载能力。静力试验时需针对推进模块受到的不同载荷工况，施加不同方向的横、纵向载荷，模拟发射过程真实受载情况。

现有技术中，航天器舱体推进模块结构静力试验采用安装单点加载工装，将加载作动器上的载荷传递到推进模块上，每个试验工况加载过程中，完成固定载荷的大小及方向；通过完成多个工况试验，来模拟推进模块在不同发射阶段所受的横向和纵向载荷。而对于复杂多边形结构航天器舱体推进模块，其加载点数量多，加载点位置分布在直径超过3m圆周上，且与水平方向之间呈一定夹角，如果继续采用通过单点通过作动器直接引出合力，明显会增加试验加载系统的复杂性，并会受到安装空间的限制，增加试验加载、安装难度。

为此，静力加载试验装置需要适应航天器舱体推进模块加载点数量多，加载点分布半径大，加载点与水平方向之间呈一定夹角等条件，实现航天器舱体复杂推进模块承载能力考核。

发明内容

为了实现航天器舱体复杂推进模块结构静力试验的横、纵向加载，简化试验加载系统，减少工装的更换操作，精确模拟载荷，实现同类型航天器舱体推进模块静力试验考核，本发明提供了一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置及方法，具体技术方案如下。

一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置，包括连接块、连接板、加载框架、垫片、加载斜撑、纵向杠杆、横向杠杆、纵向连杆、横向连杆和舱体；所述舱体的截面呈多边形，舱体的内壁分布配置有多个连接块，连接块和连接板固定配置；所述加载框架安装在连接板上，垫片安装在加载框架的中心位置；所述加载框架上还设置有5个加载点，多个纵向杠杆配合加载点安装，纵向连杆引出纵向合力；所述加载框架上设置4个加载斜撑，横向杠杆与加载斜撑配合安装，横向连杆引出横向合力。

优选的是，舱体截面的边的数量与连接块的数量相等，舱体结构整体呈筒状；所述加载框架形状与舱体相互配合。

优选的是，加载框架为桁架结构，连接板与连接块之间通过螺钉固定，连接板和加载框架之间通过螺钉固定。

还优选的是，加载点沿同一圆周布置在加载框架上，纵向杠杆连接5个加载点；所述纵向杠杆包括第一纵向杠杆、第二纵向杠杆和第三纵向杠杆，第一纵向杠杆和第二纵向杠杆与加载点连接，第三纵向杠杆连接加载点和第一纵向杠杆。

还优选的是，纵向连杆连接第三纵向杠杆和第二纵向杠杆，纵向连杆上还设置有加载连接柱。

进一步优选的是，加载点所在圆周的直径大于3m，加载点所在平面与水平面之间的夹角为锐角。

进一步优选的是，横向杠杆和横向连杆配合连接4个加载斜撑，所述横向杠杆包括第一横向杠杆和第二横向杠杆，第一横向杠杆连接2个加载斜撑，第二横向杠杆一端连接加载斜撑另一端连接第一横向杠杆，横向连杆连接加载斜撑和第二横向杠杆。

进一步优选的是，舱体截面为十边形，所述加载点布置在加载框架的上表面，所述加载斜撑布置在加载框架的下表面。

一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载方法，利用上述的一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置，装置模拟航天器舱体推进模块受载情况，分别调整纵向杠杆和横向杠杆之间的连接位置关系模拟不同的受载条件，分别调整横向载荷和纵向载荷，考核航天器推进模块的承载能力。

进一步优选的是，加载框架布置多个环形加强结构提高承载能力，横向力加载和纵向力的加载路径上设置的加强结构。

本发明提供的一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置及方法有益效果是，该装置在施加横向和纵向载荷时无需更换工装，连接块等部件采用螺接方式使得装置安装或拆卸方便，具有可调整空间，操作方便；加载点可以分布在直径超过3m的圆周上，并且与水平方向呈一定的夹角；加载框架的桁架结构设置环形加强结构提升了承载能力，并且方便了舱内灵活作业；横向载荷和纵向载荷的传力路径保证了载荷的准确传递，有效的模拟了产品真实的受载情况。

附图说明

图1是航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置的结构示意图；

图2是加载装置的加载框架上表面的结构示意图；

图3是加载装置的加载框架下表面的结构示意图；

图4是加载装置的俯视图；

图5是加载装置的仰视图；

图6是圆形垫片的结构示意图；

图7是垫片的安装位置示意图。

图中：1-连接块，2-连接板，3-加载框架，4-垫片，5-加载斜撑，6-纵向杠杆，7-横向杠杆，8-纵向连杆，9-横向连杆，10-舱体；61-第一纵向杠杆，62-第二纵向杠杆，63-第三纵向杠杆，64-加载连接柱；71-第一横向杠杆，72-第二横向杠杆。

具体实施方式

结合图1至图7所示，对本发明提供的一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置及方法的具体实施方式进行说明。

一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置，用于模拟航天器推进模块，其包括连接块1、连接板2、加载框架3、垫片4、加载斜撑5、纵向杠杆6、横向杠杆7、纵向连杆8、横向连杆9和舱体10，舱体根据航天器推进模块尺寸设置，连接块1和连接板2配合舱体设置，加载框架3适应舱体形状并模拟载荷受力情况，横向连杆7和纵向连杆8的组合相互配合实现了横向加载力和纵向加载力的传递。舱体10的截面呈多边形，模拟复杂推进模块的结构。舱体10的内壁分布配置有多个连接块用于固定安装，连接块1和连接板2固定配置，连接板2方便加载框架的装配。加载框架3安装在连接板上，垫片4安装在加载框架的中心位置，圆形垫片设置在加载杠杠与加载框架及其它杠杠之间，加载位置外沿部分线接触，且无尖角，保证了各点的受力均匀。加载框架3上还设置有5个加载点，多个纵向杠杆6配合加载点安装，纵向连杆8引出纵向合力，纵向杠杆6和纵向连杆8的配合作用下实现了纵向加载施加的模拟。加载框架3上设置4个加载斜撑，横向杠杆7与加载斜撑5配合安装，横向连杆9引出横向合力，横向杠杆7和横向连杆9的配合作用下实现了横向加载施加的模拟。

舱体10截面的边的数量与连接块的数量相等，从而方便加载框架的安装固定，舱体10结构整体呈筒状，加载框架3形状与舱体10相互配合。加载框架3为桁架结构，连接板2与连接块1之间通过螺钉固定，连接板2和加载框架3之间通过螺钉固定，使用螺钉连接保证了装置安装和拆卸的方便，具有可调整空间，实施效率高。

纵向杠杆6和纵向连杆8确定了纵向力的传递路径，其中加载点沿同一圆周布置在加载框架上，纵向杠杆连接5个加载点。纵向杠杆包括第一纵向杠杆61、第二纵向杠杆62和第三纵向杠杆63，第一纵向杠杆61和第二纵向杠杆62与加载点连接，第三纵向杠杆63连接加载点和第一纵向杠杆61。纵向连杆8连接第三纵向杠杆63和第二纵向杠杆62，纵向连杆8上还设置有加载连接柱引出纵向合力。纵向杠杆之间，以及纵向杠杆和纵向连杆之间也通过加载连接柱固定，由于尺寸原因，纵向杠杆及纵向连杆不在同一平面内，通过改变加载连接柱64的尺寸保证其之间的连接可以有效的传递应力。加载点所在圆周的直径大于3m，加载点所在平面与水平面之间的夹角为锐角，在该条件下可以对复杂推进模块的结构进行模拟。

横向杠杆7与横向连杆9配合确定了横向力的传递路径，其中横向杠杆和横向连杆配合连接4个加载斜撑，加载斜撑方便了横向杠杆的安装，并且还可以保证载荷的准确传递，方便提高加载强度，横向杠杆7包括第一横向杠杆71和第二横向杠杆72，第一横向杠杆71连接2个加载斜撑5，第二横向杠杆72的一端连接加载斜撑另一端连接第一横向杠杆，横向连杆连接加载斜撑5和第二横向杠杆72。横向杠杆7及横向连杆9其组合之间的连接通过加载连接柱固定，加载连接柱方便了应力的传递。

舱体10截面可以为十边形，加载点可以布置在加载框架的上表面，加载斜撑可以布置在加载框架的下表面。通过合理的布置加载点和加载斜撑的位置，更为有效的模拟了产品的真实受载情况，方便了舱内灵活作业。

一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载方法，对推进模块结构性能进行测试，考核推进模块的设计的合理性及承载能力，针对推进模块受到的不同载荷工况，施加不同方向的横向载荷和纵向载荷，模拟发射过程真实受载情况。利用上述的一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置，不需要重复的模拟舱体推进模块上安装工装，装置模拟航天器舱体推进模块受载情况，分别通过纵向连杆和横向连杆引出合力，模拟试验前可以根据试验需要分别调整纵向杠杆和横向杠杆之间的连接位置关系模拟不同的受载条件，设置不同的受力传递路径，分别调整横向载荷和纵向载荷的传力路径，进而准确的考核航天器推进模块的承载能力。其中加载框架布置多个环形加强结构提高承载能力，横向力加载和纵向力的加载路径上设置的加强结构，其满足了复杂推进模块结构各工况横、纵向载荷加载要求，结构设计合理、重量轻，安装方便，载荷模拟精确，适用于同类型航天器舱体推进模块静力试验考核。

该装置在施加横向和纵向载荷时无需更换工装，连接块等部件采用螺接方式使得装置安装或拆卸方便，具有可调整空间，操作方便；加载点可以分布在直径超过3m的圆周上，并且与水平方向呈一定的夹角；加载框架的桁架结构设置环形加强结构提升了承载能力，并且方便了舱内灵活作业；横向载荷和纵向载荷的传力路径保证了载荷的准确传递，有效的模拟了产品真实的受载情况。

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

1.一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置，其特征在于，包括连接块、连接板、加载框架、垫片、加载斜撑、纵向杠杆、横向杠杆、纵向连杆、横向连杆和舱体；所述舱体的截面呈多边形，舱体的内壁分布配置有多个连接块，连接块和连接板固定配置；所述加载框架安装在连接板上，垫片安装在加载框架的中心位置；所述加载框架上还设置有5个加载点，多个纵向杠杆配合加载点安装，纵向连杆引出纵向合力；所述加载框架上设置4个加载斜撑，横向杠杆与加载斜撑配合安装，横向连杆引出横向合力；所述加载点沿同一圆周布置在加载框架上，纵向杠杆连接5个加载点；所述纵向杠杆包括第一纵向杠杆、第二纵向杠杆和第三纵向杠杆，第一纵向杠杆和第二纵向杠杆与加载点连接，第三纵向杠杆连接加载点和第一纵向杠杆；所述纵向连杆连接第三纵向杠杆和第二纵向杠杆，纵向连杆上还设置有加载连接柱；所述横向杠杆和横向连杆配合连接4个加载斜撑，所述横向杠杆包括第一横向杠杆和第二横向杠杆，第一横向杠杆连接2个加载斜撑，第二横向杠杆一端连接加载斜撑另一端连接第一横向杠杆，横向连杆连接加载斜撑和第二横向杠杆。

2.根据权利要求1所述的一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置，其特征在于，所述舱体截面的边的数量与连接块的数量相等，舱体结构整体呈筒状；所述加载框架形状与舱体相互配合。

3.根据权利要求1所述的一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置，其特征在于，所述加载框架为桁架结构，连接板与连接块之间通过螺钉固定，连接板和加载框架之间通过螺钉固定。

4.根据权利要求1所述的一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置，其特征在于，所述加载点所在圆周的直径大于3m，加载点所在平面与水平面之间的夹角为锐角。

5.根据权利要求1所述的一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置，其特征在于，所述舱体截面为十边形，所述加载点布置在加载框架的上表面，所述加载斜撑布置在加载框架的下表面。

6.一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载方法，利用权利要求1至5任一项所述的一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载装置，其特征在于，装置模拟航天器舱体推进模块受载情况，分别调整纵向杠杆和横向杠杆之间的连接位置关系模拟不同的受载条件，分别调整横向载荷和纵向载荷，考核航天器推进模块的承载能力。

7.根据权利要求6所述的一种航天器舱体推进模块静力试验桁架式结构加载方法，其特征在于，所述加载框架布置多个环形加强结构提高承载能力，横向力加载和纵向力的加载路径上设置的加强结构。