太阳翼的气悬浮无阻力地面弹性振动测试平台的制作方法

[0001]
本实用新型涉及太阳翼气悬浮技术领域，具体涉及太阳翼的气悬浮无阻力地面弹性振动测试平台。


背景技术：

[0002]
研究发展载人航天航空是我国21世纪科技发展的重要战略目的之一。随着我国载人航天航空事业的发展，航天器的结构日益复杂，同时对结构的稳定性、航天器的运动性能要求越来越严格。其中太阳翼的弹性振动特性对航天器的运动性能存在着极大的影响。
[0003]
此外太空环境是一种无重力无阻力环境，而地面上的空气阻力对太阳翼的弹性振动特性有着极大影响。因此如何在地面模拟太空环境下的太阳翼的弹性振动特性对航天器的测试开发有着至关重要的作用。
[0004]
目前我国对太空模拟环境的地面模拟主要是模拟微重力环境，其主要手段如下：1.吊丝配重平衡法；2.水浮法；3.气浮法；4.自由落体法；5.抛物线飞行法。但对无阻力的环境模拟少之又少，未见在实现模拟微重力环境的同时，补偿空气阻力来模拟无阻力环境的方案。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供太阳翼的气悬浮无阻力地面弹性振动测试平台。
[0006]
太阳翼的气悬浮无阻力地面弹性振动测试平台包括由上平台和下平台构成的气浮平台，用于支撑平台的丝杠支撑杆，用于调节上平台高度的上平台升降组件，用于调节下平台高度的下平台升降组件，位于上平台和下平台上的激光电磁气压阀阵列；其中，下平台上的激光电磁气压阀阵列的出气口朝上，下平台上的激光电磁气压阀阵列的出气口朝下；
[0007]
所述的上平台和下平台相互平行设置；所述的激光电磁气压阀阵列由激光电磁气压阀排列组成，激光电磁气压阀上具有激光发射接收传感器，激光电磁气压阀由外部气泵供气。
[0008]
作为本实用新型的优选方案，所述的上平台升降组件和下平台升降组件结构相同，均由电机和丝杆螺母组成；丝杆螺母套在丝杠支持杆上，丝杆螺母由电机驱动实现正反转，丝杆螺母随上平台或下平台一起在高度方向上移动；通过同步驱动上平台或下平台上的电机，使上平台或下平台调整高度。
[0009]
所述的激光电磁气压阀包括包括激光发射接收传感器和阀门单元，所述的阀门单元包括进气孔、泄气孔、气压控制组件、外壳和部分伸出外壳的柔性导管，所述的柔性导管伸出气阀单元部分的端口作为气压阀的出气孔；激光发射接收传感器布置在外壳上，且与出气孔位于同一侧；
[0010]
气压控制组件位于外壳内，其包括气压传感器、电磁铁、安装块、弹簧、磁性部分阀门和非磁性部分阀门；安装块内设有凹槽；磁性部分阀门和非磁性部分阀门固定连接组成
卸压阀门组件，磁性部分阀门通过弹簧与安装块的凹槽底部相连，电磁铁设置在凹槽底部且与磁性部分阀门正对设置；在磁性部分阀门不受磁力时，卸压阀门组件在弹簧弹力作用下堵塞泄压孔；气压传感器布置在安装块上；卸压阀门组件打开时，所述的进气孔、泄气孔、出气孔在阀块内通过气路相通。
[0011]
优选的，伸出部分的柔性导管外壁面环向布置有记忆合金组件，所述的记忆合金组件包括三片均匀安装在柔性导管周向外壁上的记忆合金片，所述记忆合金片的形变方向为柔性导管的轴线方向。
[0012]
优选的，所述的三片记忆合金片上缠绕有加热丝，电加热丝连接人电流可对记忆合金片进行加热，从而使记忆合金片受热产生形变。
[0013]
优选的，所述的三片记忆合金片上的加热丝独立供电，记忆合金片在受热状态下伸展；初始状态下弯曲收缩。
[0014]
优选的，所述的泄气孔与出气孔位于外壳的不同侧。
[0015]
优选的，所述的磁性部分阀门与安装块的凹槽之间设置有弹性密封圈。
[0016]
与现有技术相比，本实用新型的气悬浮无阻力地面弹性振动测试平台在测试时将太阳翼置于上平台和下平台之间，下平台的作用之一是通过喷气实现太阳翼的气悬浮，同时在弹性振动测试时，通过上下平台的激光电磁气压阀阵列补偿空气阻力；在实现模拟微重力环境的同时，可以补偿空气阻力来模拟无阻力环境。
[0017]
本实用新型通过给光电磁气压阀一个阶跃信号，即可使太阳翼产生振动，进行振动测试。
[0018]
本实用新型的激光电磁气压阀将气压调节、激光传感及喷气方向调整功能以极高的集成度集成在一起，通过泄气孔和气阀单元内部的磁性阀门控制来实现喷气气压的调整，通过激光发射接收传感器来实现距离的检测，极大地简化机械结构和空间占用。
附图说明
[0019]
图1为气悬浮无阻力地面弹性振动测试平台的结构示意图；
[0020]
图2为气悬浮无阻力地面弹性振动测试平台的正视图；
[0021]
图3为升降组件区域的局部放大图；
[0022]
图4为激光电磁气压阀的结构示意图；
[0023]
图5为激光电磁气压阀的爆炸图；
[0024]
图6为激光电磁气压阀的剖视图。
[0025]
图7为记忆合金片受不同电流激励使柔性导管弯曲的示意图。
具体实施方式
[0026]
下面结合实施例和说明书附图对本实用新型做进一步说明。
[0027]
如图1-3所示，本实施例公开了一种太阳翼的气悬浮无阻力地面弹性振动测试平台，其包括由上平台和下平台构成的气浮平台5、用于支撑平台的丝杠支撑杆2、用于调节上平台高度的上平台升降组件、用于调节下平台高度的下平台升降组件，位于上平台和下平台上的激光电磁气压阀阵列3；其中，下平台上的激光电磁气压阀阵列的出气口朝上，下平台上的激光电磁气压阀阵列的出气口朝下；
[0028]
所述的上平台和下平台相互平行设置；所述的激光电磁气压阀阵列由激光电磁气压阀排列组成，激光电磁气压阀上具有激光发射接收传感器，激光电磁气压阀由外部气泵供气。
[0029]
在本申请的一个具体实施例中，所述的上平台升降组件和下平台升降组件结构相同，均由电机1和丝杆螺母4组成；丝杆螺母4套在丝杠支撑杆2上，丝杆螺母由电机驱动实现正反转，丝杆螺母随上平台或下平台一起在高度方向上移动；通过同步驱动上平台或下平台上的电机，使上平台或下平台调整高度。
[0030]
如图4-6所示，本实施例的激光电磁气压阀包括激光发射接收传感器6和阀门单元，所述的阀门单元包括进气孔13、泄气孔17、气压控制组件、外壳7和部分伸出外壳的柔性导管14，所述的柔性导管14伸出气阀单元部分的端口作为气压阀的出气孔16；激光发射接收传感器6布置在外壳上，且与出气孔位于同一侧；
[0031]
气压控制组件位于外壳内，包括气压传感器12、电磁铁、安装块10、弹簧11、磁性部分阀门9和非磁性部分阀门8；安装块10内设有凹槽；磁性部分阀门和非磁性部分阀门固定连接组成卸压阀门组件，磁性部分阀门通过弹簧11与安装块10的凹槽底部相连，电磁铁设置在凹槽底部且与磁性部分阀门正对设置；在磁性部分阀门不受磁力时，卸压阀门组件在弹簧弹力作用下堵塞泄压孔；气压传感器12布置在安装块10上；卸压阀门组件打开时，所述的进气孔13、泄气孔17、出气孔16在阀块内通过气路相通。
[0032]
活动喷气阀阵列的供气设备采用大流量高压气压泵统一供气，在通过活动气阀自身进行气压大小的调整，简化系统结构复杂性。
[0033]
在一个优选的实施例中，伸出部分的柔性导管14外壁面环向布置有记忆合金组件15，所述的记忆合金组件包括三片均匀安装在柔性导管外壁周向上的记忆合金片，所述记忆合金片的形变方向为柔性导管的轴线方向。所述的三片记忆合金片上均缠绕有加热丝。所述的三片记忆合金片上的加热丝独立供电，记忆合金片在受热状态下伸展；初始状态下弯曲收缩。
[0034]
在一个优选的实施例中，所述的泄气孔与出气孔位于外壳的不同侧。
[0035]
本实施例所述柔性导管可选用橡胶材料。所述的记忆合金组件包括三片均匀安装在柔性导管周向外壁上的记忆合金片，所述记忆合金片的形变方向为柔性导管的轴线方向。
[0036]
所述的三片记忆合金片上缠绕有加热丝。如图7所示，所述的三片记忆合金片上的加热丝独立供电，记忆合金片在通电受热状态下(图7左侧)伸展；原始状态下(图7右侧)弯曲收缩。本实施例的记忆合金片选用镍钛合金材料，其能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状；其主要方法采用加热丝缠绕于记忆合金片上，通过衡定电流激励，使得加热丝发热并将热量传导至记忆合金片使之变形。可通过控制电流大小，在相同时间产生不同热量(热功率为w＝i2r)，控制记忆合金形变程度。可采用三端稳压集成电路lm317组建简单恒流源供电。记忆合金相比于电机等设备的驱动气压阀方向的变化，其驱动速度较慢，完全形变可能需要5、6s的时间，但其极其简单的机械结构、极小的空间占用和较低的成本十分满足本申请的需要。
[0037]
本实施例的气压传感器是ms5540c压力传感器，其尺寸只有6.4mm*6.2mm。用于测量测量阀门3附件的气压。本实施例的激光发射接收传感器用于对悬浮物的距离测量，用于
分析悬浮物的运动状态，激光发射接收传感器为较常用的距离检测组件，基本原理是通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离。
[0038]
本实施例的外壳用于封装电磁铁、阀门及相关电路和电子原件。非磁性部分阀门和磁性部分阀通过高分子粘合剂粘合在一起，形成完整的阀门，用于泄压孔的关闭及打开。在一个优选的实施例中，所述的磁性部分阀门与安装块的凹槽之间设置有弹性密封圈，用于保证阀门完全封闭时的气密性。磁性部分阀门具有磁性，用于响应电磁铁。将阀分为非磁性和有磁性有利于阀门在响应时减少因为电磁场无效吸附力产生的摩擦力。进气孔用于与气泵连接。
[0039]
应用本实用新型气悬浮无阻力地面弹性振动测试平台的方式可以为：
[0040]
通过电机调整上下平台5的位置，使展开的太阳翼处于上下平台之间。下平台的激光电磁气压阀3根据太阳翼形状喷出气体形成高压气体膜抵消太阳翼的重力，使太阳翼处于无重力状态。
[0041]
当需要对太阳翼进行弹性振动测试时，同时给下平台的光电磁气压阀3一个阶跃信号，使太阳翼产生震动。上下平台5中的光电磁气压阀3上的激光发射接收传感器6通过激光的反射测出振动中的太阳翼各点的位置变化，根据位置的变化调整光电磁气压阀3喷出的气体气压，从而补偿空气中的阻力对太阳翼的作用。喷气气压的调节方式为：进气孔13与气泵相连，通入气体。出气口16喷出气体。当气体通过进气孔13流入气压阀，气道中的气压传感器12会测得当前气压，根据需要控制电磁铁电流大小，从而控制卸压阀门组件的上下移动。卸压阀门组件配合泄压孔17便能动态调节出气口16喷出气体的气压。
[0042]
本实施例的激光发射接收传感器6使用zlds100激光位移传感器，其最高采样频率高达180khz，远大于太阳翼的振动频率，可以不失真地测得太阳翼某点的位移。根据位移的变化，求得该点的速度，再使用空气阻力公式求得空气阻力；从而通过调节上下平台5中的光电磁气压阀3的气体气压补偿空气阻力。其中，f为空气阻力，c为空气阻力系数(该值通常是实验值)，ρ为空气密度，s为物体迎风面积，v为物体与空气的相对运动速度。在太阳翼至下到上运动时，通过下平台的光电磁气压阀补偿空气阻力，此时下平台的光电磁气压阀同时发挥气浮和阻力补充两方面的作用；在太阳翼至上到下运动时，通过上平台的光电磁气压阀补偿空气阻力，此时下平台的光电磁气压阀只发挥气浮的作用；本申请可以尽量减少空气阻力对太阳翼弹性振动测试的干扰。

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