CN114476147B - 一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置及方法，涉及航天器力学试验技术领域，该装置包括：承力地轨、承力支架、斜撑、加载承力梁和加载机构，承力地轨上安装有承力支架，承力支架包括竖直支撑梁和水平承力梁，承力支架搭建舱体试验空间与舱体结构相配合，承力支架底部的侧面安装有斜撑；多个加载承力梁安装固定在承力支架的上方；加载机构安装在加载承力梁上。利用该装置对大型舱体的吊接口进行起吊静力试验，考核吊点位置的结构特性和承载能力，保证航天器在起吊、转运过程中的稳定性，在不同的吊点位置可以施加横向和纵向的载荷，模拟不同情况下的受力，并且可以满足多个起吊点的加载要求。

Description

一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置及方法

技术领域

本发明涉及航天器力学试验技术领域，尤其是提供了一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置及方法。

背景技术

对于空间站大型舱体，在其结构板或外部结构相邻位置上往往设置多处起吊接口。在对舱体进行考核时，需要对吊接口进行起吊静力试验，主要是对吊点位置的结构性能进行测试，考核吊点位置结构的合理性及承载能力，保证航天器在起吊、转运过程中的可靠性和稳定性。试验时需针对不同阶段的安装要求，在不同吊点位置，施加横向、纵向载荷，模拟大型舱体不同阶段的起吊、运输情况。

现有技术中，对于大型舱体起吊静力试验，会在每个吊点位置采用安装单独加载工装，通过安装单独的横、纵向承力支架和配套的横、纵向加载装置，将载荷传递到起吊吊点位置，以此来模拟舱体安装各结构时，起吊、转运过程中所受的横向和纵向载荷。而对于设置有多组吊点的舱体结构，若继续采用原有加载方式，来满足对不同阶段的起吊运输，必然会增加试验安装的工作量及安装的风险。

为此需要对现有的起吊静力试验加载装置及方法做进一步的改进，从而满足航天器大型舱体起吊加载点数量多的情况，为考核不同安装阶段的要求，设计一种承载稳定、结构简单、安装、调节方便的加载装置，实现航天器大型舱体起吊工况的考核。

发明内容

为了进行大型舱体起吊静力试验，保证试验加载装置的承载稳定性、方便调节安装，快速、准确的完成加载装置的调整，本发明提供了一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置及方法，具体的技术方案如下。

一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置，包括承力地轨、承力支架、斜撑、加载承力梁和加载机构，所述承力地轨上安装有承力支架，承力支架搭建舱体试验空间与舱体结构相配合；所述承力支架包括竖直支撑梁和水平承力梁，承力支架底部安装有斜撑，竖直支撑梁与承力地轨垂直安装，水平承力梁固定在竖直支撑梁上；多个所述加载承力梁固定安装在承力支架的上方，加载承力梁上设置有多个加载安装孔；所述加载机构安装在加载承力梁上。

优选的是，加载机构包括第一加载铰链、加载作动器、测力传感器、加载螺杆和第二加载铰链，加载机构通过转接板固定在加载承力梁上。

优选的是，转接板和第一加载铰链相连接，加载作动器和第一加载铰链相连接，测力传感器设置在加载作动器和加载螺杆之间，加载螺杆传递加载作动器的作用力，第二加载铰链设置在加载螺杆的端部。

还优选的是，加载承力梁的两端固定在水平承力梁上，水平承力梁上的螺孔与加载承力梁上的螺孔相互配合；多个加载承力梁平行布置。

还优选的是，承力地轨固定在底面上，多个竖直支撑梁固定安装在承力地轨上，水平承力梁通过螺栓固定安装在竖直支撑梁的上端。

还优选的是，竖直支撑梁包括多个梯形连接段，每个梯形连接段呈直角梯形，水平承力梁搭设在竖直支撑梁之间。

进一步优选的是，梯形连接段的直角边沿同一条直线布置，上一个梯形连接段的长边和下一梯形连接段的短边相连接。

进一步优选的是，竖直支撑梁之间的间距根据航天器舱体结构的尺寸调整，所述加载螺杆的长度根据加载需要调整。

一种航天器舱体多点起吊静力试验加载方法，利用上述的一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置，其特征在于，步骤包括：确定舱体结构的起吊接口位置，安装航天器舱体多点起吊静力试验加载装置，根据起吊接口的数量和位置确定加载机构的安装数量和位置，通过加载铰链调整加载角度施加横向、纵向载荷，进行起吊静力试验，考核各个吊接口的稳定性。

进一步优选的是，测力传感器监测载荷的大小，加载作动器调整载荷施加的大小；所述载荷的大小和方向根据舱体起吊、运输实际吊装情况确定。

本发明提供的一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置及方法有益效果包括：利用承力支架的试验装置结构可以进行多个加载位置、多种量级横向和纵向载荷的试验，保证了大型舱体的考核更加符合实际；加载装置采用转接板和螺栓连接，该种固定方式安装拆解方便，并且转接板和加载承力梁相互配合，调节快速，安装精准，提高了试验效率；该加载装置能够实现舱体大跨距加载点的加载，并且承载能力强；加载作动器通过配置铰链结构，方便了加载角度的调整，进而可以模拟大型舱体不同阶段的起吊、运输情况。

附图说明

图1是航天器舱体多点起吊静力试验加载装置结构示意图；

图2是承力支架部分结构示意图；

图3是加载承力梁和加载机构的结构示意图；

图4是加载机构的结构示意图；

图5是试验舱体试验机构示意图；

图6是吊接口的连接示意图；

图中：1-承力地轨，2-承力支架，3-斜撑，4-加载承力梁，5-加载机构，6-转接板，7-舱体结构，8-吊接口；

21-竖直支撑梁，22-水平承力梁；

51-第一加载铰链，52-加载作动器，53-测力传感器，54-加载螺杆，55-第二加载铰链。

具体实施方式

结合图1至图6所示，对本发明提供的一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置及方法的具体实施方式进行说明。

一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置，包括承力地轨1、承力支架2、斜撑3、加载承力梁4和加载机构5。承力地轨1在底面上支撑并可以调整装置整体的水平，承力支架2用于搭建试验空间并支撑试验舱体结构，为加载承力梁的安装提供便利，加载承力梁4确定多个加载机构的安装点，从而灵活的确定试验加载方案；加载机构5用于施加载荷，并且可以灵活的调整加载方向，模拟大型舱体不同阶段的起吊、运输情况。

其中，承力地轨1可以直接固定在地面上，承力地轨1厚度较大，并且承力地轨1的上表面平整；承力地轨1还上还可设置有与承力支架相互配合的卡槽，使承力支架2方便的压接在承力地轨上。承力地轨1上安装有承力支架，承力支架2搭建舱体试验空间与舱体结构7相配合，承力支架2能够支撑大载荷的施加，并且方便的放置大型舱体结构；常规的大型支撑结构通常为一体式结构，由于需要进行多种尺寸、多种型号试验舱体结构试验，因此采用承力梁直接的搭建形式，方便安装调整，在保证支架结构稳定性的同时还保证了其灵活性。承力支架2包括竖直支撑梁21和水平承力梁22，承力支架2底部安装有斜撑，斜撑3对承力支架进行加固，进一步保证了支架结构的稳定性。竖直支撑梁与承力地轨垂直安装，从而可以为载荷的施加方向提供参照，水平承力梁22固定在竖直支撑梁上，为加载承力梁的安装提供方便，并且可以提升结构整体的稳定性。多个加载承力梁固定安装在承力支架的上方，加载承力梁上设置有多个加载安装孔，方便加载机构的安装调整，加载机构安装在加载承力梁上，加载机构可以模拟大型舱体吊接口在吊装时的受力情况。

加载机构5包括第一加载铰链51、加载作动器52、测力传感器53、加载螺杆54和第二加载铰链55，加载机构5通过转接板固定在加载承力梁上，加载作动器52施加载荷，两个加载铰链51相互配合调整加载方向。转接板和第一加载铰链51相连接，加载作动器52和第一加载铰链51相连接，测力传感器53设置在加载作动器和加载螺杆之间，监测施加载荷的大小，加载螺杆54传递加载作动器的作用力，第二加载铰链55设置在加载螺杆的端部，并且可以和舱体结构7的起吊接口8相连接，完成大型舱体的考核。

加载承力梁4的两端固定在水平承力梁22上，多个加载承力梁4可以平行布置，加载承力梁4之间的间隔根据加载需要确定，可以通过螺纹连接从而方便拆卸，水平承力梁22上的螺孔与加载承力梁上的螺孔相互配合。其中承力梁的螺孔为竖直方向上的通孔，从而方便加载机构的安装，灵活的施加载荷。

承力地轨1固定在底面上，承力地轨1的尺寸一般大于试验的舱体结构尺寸，多个竖直支撑梁固定安装在承力地轨上，水平承力梁22通过螺栓固定安装在竖直支撑梁21的上端。本实施例中设置了4个相同的竖直支撑梁21，两两一组，两组竖直支撑梁21之间的跨度较大，每组竖直支撑梁之间的间距较小；每组竖直支撑梁21之间平行。竖直支撑梁21包括多个梯形连接段，每个梯形连接段呈直角梯形，水平承力梁搭设在竖直支撑梁之间。梯形连接段的直角边沿同一条直线布置，上一个梯形连接段的长边和下一梯形连接段的短边相连接，经现场验证该结构的连接方式可以满足试验的稳定性、安全性等需求，并且安装简便，试验效率更高。本实施例中同一条直线上的梯形边在承力支架的内侧，梯形的斜边朝向承力支架的外侧，进一步的保证了承力支架的稳定性，同时还方便了舱体结构的放置。根据试验舱体结构7的尺寸可以快速的搭建承力支架2，试验舱体结构7在竖直支撑梁之间，该承力支架2具有安装灵活方便，稳定性高等优点。

竖直支撑梁21之间的间距根据航天器舱体结构的尺寸调整，其中舱体结构7的尺寸与航天器实际舱体结构的尺寸相同，舱体结构7一般呈圆柱形，通常直径大于4m，高度大于直径，普通的加载试验装置不能实现大跨度的加载。针对航天器大型舱段的对接需求，对接过程中需要进行舱段位姿调整，验证位姿调整过程中各个吊装点的综合受力是否满足舱段对接的需求，原有的静力试验方法费事费力，已经难以满足多个吊点，多个加载方向的试验需求。其中加载螺杆54的长度可以根据加载需要调整，从而满足种型号舱体结构的试验需求。

一种航天器舱体多点起吊静力试验加载方法，利用上述的一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置，其步骤包括：确定舱体结构的起吊接口位置，包括吊接口的连接方式、吊接口在舱体上的相对位置，以及吊接口的尺寸、吊接口可能的受力情况；安装航天器舱体多点起吊静力试验加载装置，具体包括先在承力地轨上压接安装承力支架、斜撑，随后螺钉连接加载承力梁和加载机构；根据起吊接口的数量和位置确定加载机构的安装数量和位置，各个加载机构与吊接口相互配合对应。试验时通过加载铰链调整加载角度施加横向、纵向载荷，进行起吊静力试验，考核各个吊接口的稳定性。

其中，试验时横向载荷和纵向载荷经过计算后以合力的形式通过铰链周向运动以合力的形式模拟，通过调整螺杆长度及铰链与产品起吊点连接调整加载。

试验加载装置的安装过程具体包括：在承力地轨上压接竖直支撑梁，在竖直支撑梁侧面安装斜撑，保证稳定性，竖直支撑梁上面螺接水平承力梁，完成承力支架的搭建；在承力支架上通过固定螺栓螺接加载承力梁；在加载位置依次安装转接板、第一加载铰链、销钉、加载作动器、测力传感器、加载螺杆、第二加载铰链，完成加载机构的安装；通过上述安装可实现航天器舱体结构多点起吊静力试验的加载实施。

试验时还可以通过测力传感器监测载荷的大小，加载作动器调整载荷施加的大小，从而达到试验的目的。载荷的大小和方向根据舱体起吊、运输实际吊装情况确定。试验完成后可以快速的拆解加载装置，根据试验方案重新布置，另外由于承力支架建立了横向和纵向的坐标体系，从而可以提高安装精度。同时进行多个吊点的测试，可以大大的提高试验效率。

航天器舱体多点起吊静力试验加载装置及方法，利用承力支架的试验装置结构可以进行多个加载位置、多种量级横向和纵向载荷的试验，保证了大型舱体的考核更加符合实际；加载装置采用转接板和螺栓连接，该种固定方式安装拆解方便，并且转接板和加载承力梁相互配合，调节快速，安装精准，提高了试验效率；该加载装置能够实现舱体大跨距加载点的加载，并且承载能力强；加载作动器通过配置铰链结构，方便了加载角度的调整，进而可以模拟大型舱体不同阶段的起吊、运输情况。

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 (6)

1.一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置，其特征在于，包括承力地轨、承力支架、斜撑、加载承力梁和加载机构，所述承力地轨上安装有承力支架，承力支架搭建舱体试验空间与舱体结构相配合；所述承力支架包括竖直支撑梁和水平承力梁，承力支架底部安装有斜撑，竖直支撑梁与承力地轨垂直安装，水平承力梁固定在竖直支撑梁上；多个所述加载承力梁固定安装在承力支架的上方，加载承力梁上设置有多个加载安装孔；所述加载机构安装在加载承力梁上；

所述加载机构包括第一加载铰链、加载作动器、测力传感器、加载螺杆和第二加载铰链，加载机构通过转接板固定在加载承力梁上；

所述转接板和第一加载铰链相连接，加载作动器和第一加载铰链相连接，测力传感器设置在加载作动器和加载螺杆之间，加载螺杆传递加载作动器的作用力，第二加载铰接设置在加载螺杆的端部；

所述加载承力梁的两端固定在水平承力梁上，水平承力梁上的螺孔与加载承力梁上的螺孔相互配合；多个加载承力梁平行布置；

所述承力地轨固定在底面上，多个竖直支撑梁固定安装在承力地轨上，水平承力梁通过螺栓固定安装在竖直支撑梁的上端。

2.根据权利要求1所述的一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置，其特征在于，所述竖直支撑梁包括多个梯形连接段，每个梯形连接段呈直角梯形，水平承力梁搭设在竖直支撑梁之间。

3.根据权利要求2所述的一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置，其特征在于，所述梯形连接段的直角边沿同一条直线布置，上一个梯形连接段的长边和下一梯形连接段的短边相连接。

4.根据权利要求1所述的一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置，其特征在于，所述竖直支撑梁之间的间距根据航天器舱体结构的尺寸调整，所述加载螺杆的长度根据加载需要调整。

5.一种航天器舱体多点起吊静力试验加载方法，利用权利要求1至4任一项所述的一种航天器舱体多点起吊静力试验加载装置，其特征在于，步骤包括：确定舱体结构的起吊接口位置，安装航天器舱体多点起吊静力试验加载装置，根据起吊接口的数量和位置确定加载机构的安装数量和位置，通过加载铰链调整加载角度施加横向、纵向载荷，进行起吊静力试验，考核各个吊接口的稳定性。

6.根据权利要求5所述的一种航天器舱体多点起吊静力试验加载方法，其特征在于，所述测力传感器监测载荷的大小，加载作动器调整载荷施加的大小；所述载荷的大小和方向根据舱体起吊、运输实际吊装情况确定。

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