本發(fā)明具體涉及一種大尺寸高收納比伸展桁架展開試驗方法及裝置。

背景技術(shù)：

為確保航天器型號在軌任務(wù)的成功執(zhí)行，空間展開機(jī)構(gòu)需要在地面進(jìn)行充分的展開試驗以驗證機(jī)構(gòu)性能及可靠性，并對展開試驗的準(zhǔn)確性進(jìn)行評估?？臻g展開機(jī)構(gòu)地面展開試驗的主要目的為：1)、考核展開機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)性以及展開功能的可靠性、穩(wěn)定性；2)、檢驗展開機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)部分各向指標(biāo)與總體技術(shù)要求的符合性。

現(xiàn)有空間機(jī)構(gòu)展開試驗主要針對太陽翼、SAR天線、空間機(jī)械臂等小型空間機(jī)構(gòu)，試驗采用氣浮和懸掛的方式。對于大尺寸高收納比伸展桁架等大型空間復(fù)雜機(jī)構(gòu)地面展開驗證試驗裝置及方法鮮有文獻(xiàn)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種大尺寸高收納比伸展桁架展開試驗方法及裝置。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：大尺寸高收納比伸展桁架展開試驗裝置，包括可擴(kuò)展模擬星體框架、可擴(kuò)展龍門懸掛架、可拼接導(dǎo)軌、吊掛組件、伸展桁架轉(zhuǎn)接板、桁架支撐、滑車、快速吊掛連接件，以及試驗對象三組大尺寸高收納比伸展桁架，該試驗裝置展開長度達(dá)40米；三組伸展桁架通過轉(zhuǎn)接板連接到可擴(kuò)展模擬星體框架，呈正三角形布置；伸展桁架收攏時，收納框架、驅(qū)動框架的質(zhì)量通過桁架支撐進(jìn)行平衡；三組伸展桁架整體放置在可擴(kuò)展龍門架下方；吊掛組件通過快速吊掛連接件與伸展桁架相連，三組并列伸展桁架的折展單元通過套吊掛組件連接，吊掛組件被動跟隨運(yùn)動；每組吊掛組件連接兩個并列的滑車，可在并列的兩組可拼接導(dǎo)軌上滑動，跟隨三組并聯(lián)伸展桁架運(yùn)動，卸載重力。

優(yōu)選地，可擴(kuò)展模擬星體框架、可擴(kuò)展龍門懸掛架、可拼接導(dǎo)軌均為模塊化可擴(kuò)展設(shè)計，可以實現(xiàn)任意長度的伸展桁架地面展開試驗。

優(yōu)選地，兩排并列可拼接導(dǎo)軌可實現(xiàn)三組并列伸展桁架展開。

優(yōu)選地，單個桁架折展單元通過吊掛鋼絲繩、彈簧秤、花籃螺栓連接；并列三個折展單元通過吊掛連接桿連接；吊掛時，通過調(diào)節(jié)花籃螺栓長度調(diào)節(jié)彈簧秤示數(shù)，抵消折展單元重量。

優(yōu)選地，快速吊掛連接件可通過兩個蝶形螺釘快速連接到折展單元三角框架上；調(diào)節(jié)滑塊可在連接桿上滑動，調(diào)節(jié)吊掛質(zhì)心位置。

利用上述裝置進(jìn)行大尺寸高收納比伸展桁架展開試驗的試驗方法，包括如下步驟：

步驟一、將擴(kuò)展模擬星體框架和可擴(kuò)展龍門懸掛架安裝展開試驗對象布局、輪廓進(jìn)行搭建；可擴(kuò)展模擬星體框架采用標(biāo)準(zhǔn)800mm節(jié)距桁架拼接，底部安裝四個轉(zhuǎn)運(yùn)底座；

步驟二、將伸展桁架轉(zhuǎn)接板按正三角形狀布局安裝到可擴(kuò)展模擬星體框架上；三組收攏狀態(tài)下的伸展桁架安裝到伸展桁架轉(zhuǎn)接板上，并在伸展桁架懸空處增加桁架支撐，保證整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；

步驟三、在可擴(kuò)展龍門懸掛架下安裝可拼接導(dǎo)軌，導(dǎo)軌成雙組并聯(lián)分布，導(dǎo)軌拼接長度為40米，并通過激光跟蹤儀利用專用測量工裝測量導(dǎo)軌直線度、水平度、平行度，保證導(dǎo)軌直線度0.3mm/m，水平度0.5mm/m，平行度0.5mm/m，并列導(dǎo)軌水平間距為1300±0.2mm，高度間距為0±0.1mm；

步驟四、將上述裝配好的三組伸展桁架裝運(yùn)至可擴(kuò)展龍門架下，并調(diào)節(jié)伸展桁架指向，保證伸展桁架理論軸線與導(dǎo)軌的平行度在8mm內(nèi)；

步驟五、調(diào)節(jié)伸展桁架控制系統(tǒng)，保證三組伸展桁架并聯(lián)同步展出；

步驟六、將伸出驅(qū)動框架的三組折展單元同時安裝快速吊掛連接件，并調(diào)節(jié)吊掛位置；調(diào)節(jié)花籃螺栓，并觀察彈簧秤示數(shù)，達(dá)到折展單元有效重量停止調(diào)節(jié)，至此完成單節(jié)桁架吊掛展開；

步驟七、重復(fù)步驟一至步驟六直到伸展桁架全部有效展開；

步驟八、對展開后的伸展桁架形位精度、模態(tài)進(jìn)行測量測試。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述試驗裝置可擴(kuò)展性強(qiáng)，能夠適應(yīng)任意長度該類伸展桁架單組或多組并聯(lián)的展開試驗，也可以用于太陽翼、SAR等其他空間機(jī)構(gòu)的展開試驗，裝置利用率高；本發(fā)明機(jī)構(gòu)重力補(bǔ)償調(diào)節(jié)精度高，可以單獨(dú)調(diào)節(jié)每個吊掛點(diǎn)的質(zhì)心吊掛位置和吊掛質(zhì)量，各吊點(diǎn)之間影響較小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例展開試驗裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例展開試驗裝置展開方向正向視圖；

圖3a為本發(fā)明實施例試驗對象大尺寸高收納比伸展桁架收攏圖；

圖3b為本發(fā)明實施例試驗對象大尺寸高收納比伸展桁架展開圖；

圖4為本發(fā)明實施例試驗裝置快速吊掛連接件；

圖5為本發(fā)明實施例試驗裝置吊掛組件；

圖6為本發(fā)明實施例試驗裝置導(dǎo)軌滑車；

圖7為本發(fā)明實施例試驗裝置可拼接導(dǎo)軌。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1-圖7所示，本發(fā)明實施例提供了一種大尺寸高收納比伸展桁架展開試驗裝置，其特征在于：包括可擴(kuò)展模擬星體框架1、可擴(kuò)展龍門懸掛架2、可拼接導(dǎo)軌3、吊掛組件4、伸展桁架轉(zhuǎn)接板6、桁架支撐7、滑車8、快速吊掛連接件9，以及試驗對象三組大尺寸高收納比伸展桁架5，該試驗裝置展開長度達(dá)40米；三組伸展桁架通過轉(zhuǎn)接板6連接到可擴(kuò)展模擬星體框架1，呈正三角形布置；伸展桁架收攏時，收納框架5-1、驅(qū)動框架5-2的質(zhì)量通過桁架支撐7進(jìn)行平衡；三組伸展桁架整體放置在可擴(kuò)展龍門架2下方；吊掛組件4通過快速吊掛連接件9與伸展桁架5相連，三組并列伸展桁架5的折展單元5-3通過1套吊掛組件4連接，吊掛組件4被動跟隨運(yùn)動；每組吊掛組件4連接兩個并列的滑車8，可在并列的兩組可拼接導(dǎo)軌3上滑動，跟隨三組并聯(lián)伸展桁架5運(yùn)動，卸載重力。

可擴(kuò)展模擬星體框架1、可擴(kuò)展龍門懸掛架2、可拼接導(dǎo)軌3均為模塊化可擴(kuò)展設(shè)計，可以實現(xiàn)任意長度的伸展桁架地面展開試驗。

兩排并列可拼接導(dǎo)軌3可實現(xiàn)三組并列伸展桁架5展開。

單個桁架折展單元5-3通過吊掛鋼絲繩4-2、彈簧秤4-3、花籃螺栓4-4連接；并列三個折展單元5-3通過吊掛連接桿4-1連接；吊掛時，通過調(diào)節(jié)花籃螺栓4-4長度調(diào)節(jié)彈簧秤4-3示數(shù)，抵消折展單元5-3重量。

快速吊掛連接件9可通過兩個蝶形螺釘快速連接到折展單元5-3三角框架上；調(diào)節(jié)滑塊9-1可在連接桿9-2上滑動，調(diào)節(jié)吊掛質(zhì)心位置。

請參閱圖1至圖7，要實現(xiàn)本發(fā)明大尺寸高收納比伸展桁架展開試驗需要對展開運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行重力卸載，模擬在軌展開狀態(tài)。該試驗環(huán)境狀態(tài)實施步驟如下：步驟一，如圖1和圖2所示，按照機(jī)構(gòu)布局及展開尺寸要求搭建可擴(kuò)展星體模擬框架1和可擴(kuò)展龍門架2，滿足三組伸展桁架展開剛度和穩(wěn)定性要求；可擴(kuò)展龍門架2為通用型高剛度機(jī)構(gòu)展開框架，內(nèi)部空間可滿足三組桁架并聯(lián)展開，且三個龍門架單元拼接長度大于40米，滿足展開試驗要求；可擴(kuò)展星體模擬框架1采用通用800mm節(jié)距桁架桿件搭建，底部安裝四個轉(zhuǎn)運(yùn)停放底座用于框架的轉(zhuǎn)運(yùn)和停放；三組伸展桁架通過轉(zhuǎn)接安裝板裝配到可擴(kuò)展星體模擬框架上。步驟二，三組伸展桁架的裝配。起吊一組收攏狀態(tài)的伸展桁架5，將起吊點(diǎn)布置在收納框架5-1和驅(qū)動框架5-2的三角板上，避免起吊引起伸展桁架5塑性變形，如圖3a為單組伸展桁架收攏狀態(tài)。將伸展桁架5吊裝到圖2中可擴(kuò)展模擬星體框架1上的轉(zhuǎn)接板6上，并在伸展桁架5下部支上支撐桿7。依次，裝配其他兩組伸展桁架5，按圖2呈正三角形布置。步驟三，在可擴(kuò)展龍門架2下安裝并列兩排可拼接導(dǎo)軌3，并用激光跟蹤儀和導(dǎo)軌測量工裝調(diào)節(jié)導(dǎo)軌精度，保證滑車8在導(dǎo)軌上滑動順暢。如圖7為可拼接導(dǎo)軌3，由長導(dǎo)軌3-1、拼接短導(dǎo)軌3-3、拼接塞塊3-兩組成。長導(dǎo)軌長3.4米，由拼接塞塊3-2和0.1米拼接短導(dǎo)軌3-3，將長導(dǎo)軌拼接起來，并用緊定螺釘緊固導(dǎo)軌，拼接長度38.4米，滿足展開要求。導(dǎo)軌每隔1米與可擴(kuò)展龍門架設(shè)置1個連接點(diǎn)，保證導(dǎo)軌剛度，并在連接點(diǎn)處安裝調(diào)節(jié)塊，便于導(dǎo)軌精度調(diào)節(jié)。用導(dǎo)軌測量工裝和激光跟蹤儀測量調(diào)節(jié)兩組并列導(dǎo)軌的直線度、水平度、平行度，保證導(dǎo)軌直線度0.3mm/m，水平度0.5mm/m，平行度0.5mm/m，并列導(dǎo)軌水平間距為1300±0.2mm，高度間距為0±0.1mm。調(diào)節(jié)滿足精度要求后，用酒精擦拭清洗導(dǎo)軌。步驟四，以導(dǎo)軌為基準(zhǔn)，調(diào)整和測量伸展桁架位置，保證伸展桁架理論軸線與導(dǎo)軌的平行度小于8mm。步驟五，安裝滑車8和吊掛組件，根據(jù)伸展桁架自身理論剛度，確定吊掛數(shù)量。由于三組并聯(lián)放置的桁架同步展開，理論上三組伸展桁架對應(yīng)的折展單元吊掛點(diǎn)處于同一個平面內(nèi)。如圖2，對處于一個平面內(nèi)的吊掛點(diǎn)，在并列的導(dǎo)軌上放置兩個滑車，并通過圖5中連接桿4-1連接，并在連接桿下根據(jù)伸展桁架位置布置三個吊掛點(diǎn)。每個折展單元的依次由快速吊掛連接件9、花籃螺栓4-4、30kg彈簧秤4-3、鋼絲繩4-2吊掛卸載重力。根據(jù)桁架質(zhì)心分布位置，調(diào)節(jié)三組吊掛繩之間的位置。如圖3，伸展桁架由收攏到完全展開，折展單元展開數(shù)量為27個。根據(jù)伸展桁架剛度計算，每隔1個單元，布置一個吊點(diǎn)，總共需要布置14套吊掛組件。此類吊掛方案在保證有效卸載伸展桁架質(zhì)量的情況下，提高了裝置的經(jīng)濟(jì)性。步驟五，調(diào)試伸展桁架控制系統(tǒng)，實現(xiàn)三組伸展桁架并聯(lián)同步展開。步驟六，進(jìn)行三組并聯(lián)伸展桁架展開試驗。啟動伸展桁架控制程序，伸展桁架沿導(dǎo)軌展開。單組伸展桁架需2名操作人員，進(jìn)行吊掛連接。當(dāng)折展單元展出驅(qū)動框架5-2時，操作人員將快速吊掛連接件9連接到折展單元5-3的吊點(diǎn)三角框上，并調(diào)節(jié)滑塊9-1的質(zhì)心吊掛位置。調(diào)節(jié)花籃螺栓4-4長度，觀察彈簧秤4-3示數(shù)，當(dāng)示數(shù)等于吊掛質(zhì)量要求時停止調(diào)節(jié)。此時，伸展桁架展出部分有效抵消了重力對其影響。依次，完成展出部分吊掛組件的連接。步驟七，運(yùn)動過程軌跡測量，運(yùn)用攝影測量單組伸展桁架展開運(yùn)動特性，三組并聯(lián)伸展桁架展開同步性能。步驟八，三組伸展桁架完全展開后，用激光跟蹤儀測量桁架或攝影測量，測量伸展桁架展開形位精度，檢查鎖定機(jī)構(gòu)的鎖定性。步驟九，測量伸展桁架展開狀態(tài)模態(tài)，按照理論計算在伸展桁架上布置加速度傳感器，用錘擊法測量伸展桁架頻率并進(jìn)行分析。

綜上所述，通過可擴(kuò)展星體模擬框架、可擴(kuò)展龍門架搭建大尺寸高收納比伸展桁架展開試驗承載框架，并通過雙排可拼接導(dǎo)軌、并聯(lián)三組同時吊掛的方案實現(xiàn)展出單元重力卸載，由操作人員在展開過程中隔點(diǎn)進(jìn)行吊掛連接。該展開試驗方案，可擴(kuò)展性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性好，并能有效進(jìn)行在軌展開狀態(tài)模擬，滿足此類大尺寸伸展桁架的地面展開試驗任務(wù)要求。

以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。