一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验方法与流程

1.本发明涉及一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验方法，属于飞行器分离系统技术领域。


背景技术：

2.传统的飞行器分离试验一般需要模拟分离过程的分离体之间的相对运动，包括所关注分离体的自由度、分离体之间的相对速度和最终的分离距离。对于内装大载荷高速分离试验而言，为了实现上述模拟目标，传统分离试验方法一般需要采用短时大推力的分离小火箭、分离推冲装置等提供分离力。但这种模拟方式，一方面，分离小火箭、分离推冲装置属于火工品，分离火工品自身成本高昂；另一方面，试验中火工品的使用对试验件存储、装配、试验现场安全等带来很高的要求。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验方法，解决了现有内装大载荷高速分离试验成本高、试验复杂对试验条件依赖高的缺点，可以相对低的成本和试验条件实现内装大载荷高速分离试验的地面试验验证。
4.本发明的技术解决方案是：一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验系统，包括吊架、吊具、试验件、滑轮组、加载重物、地面测量设备、控制装置和地面回收装置；
5.所述吊架用于将试验件和滑轮组以及加载重物吊到给定高度；
6.所述吊具安装于吊架上，用于连接吊架和试验件；
7.所述试验件通过吊具竖直吊挂在吊架上，用于模拟内装载荷和试验舱体的质量特性，模拟分离两体真实的接触结构和连接解锁装置，同时为飞行器上测量设备提供安装固定用空间和结构接口；
8.所述滑轮组安装在吊架和地面工装上，用于调整加载重物施加在内装载荷上的作用力方向和大小，同时确保加载重物下落的加速度转化为内装载荷所需的分离加速度；
9.所述加载重物通过滑轮组的钢丝绳吊挂在滑轮组下端，用于提供分离力；
10.所述地面测量设备布置在试验件一侧的安全区域，用于在地面测量分离过程、接收、采编、存储测量信号；
11.所述控制装置与地面测量装置一样布置与试验件一侧的安全区域，用于控制连接解锁装置，用于释放内装载荷与试验舱体之间的连接；
12.所述地面回收装置布置在试验件下方，为内装载荷回收装置。
13.进一步地，采用滑轮组中定滑轮改变加载方向。
14.进一步地，所述定滑轮安装于吊架和地面。
15.进一步地，加载重物悬挂于滑轮组中动滑轮上且各级动滑轮均用于增速减力，使得试验件下落加速度2n倍于加载重物下落加速度；n为所述滑轮组中动滑轮的数目。
16.进一步地，所述动滑轮用于降低作用于试验件的加载力但提高加载速度。
17.进一步地，试验件竖直吊挂且分离方向向下，利用重力加速度，降低施加于试验件上作用力的要求。
18.进一步地，所述吊架在室内或外场采用龙门架的形式搭建。
19.根据所述的一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验系统实现的试验方法，包括：
20.装配试验件，将试验件总装后通过吊具与吊架吊臂连接；
21.装好滑轮组，并将相应钢索通过力传感器与内装载荷相连；
22.安装地面测量设备，并将飞行器上测量设备和地面测量设备相连，将连接解锁装置电缆与控制装置相连；
23.测量系统自检，确保各测量设备运行正常，各传感器能正常获取试验数据；
24.起吊加载重物，并与滑轮组相连，并缓慢放下；
25.控制装置发出试验件解锁指令，地面及弹上测量装置开始采集数据；
26.内装载荷在重物加载作用下落入回收装置，同时重物落地，并停止运动；t秒后测量系统停止采集数据；试验结束。
27.本发明与现有技术相比的优点在于：
28.本发明与现有技术相比有益效果为：采用滑轮组+重物的方式模拟分离力加载，从而实现内装大载荷的高速分离(相对分离加速度超过1g)的地面试验，解决了现有内装大载荷高速分离试验成本高、试验复杂、且对试验条件要求高的缺点。
附图说明
29.图1为本发明试验系统原理示意图。
具体实施方式
30.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
31.以下结合说明书附图对本技术实施例所提供的一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1所示)：
32.在传统吊挂分离试验的基础上，采用滑轮组+重物的方式模拟分离力加载，从而实现内装大载荷的高速分离地面试验。整个试验系统由试验件、悬吊装置、加载装置、地面测控及回收装置组成，其中试验件由试验舱体、内装大载荷、飞行器上测量设备、连接解锁装置构成；悬吊设备由吊架和吊具组成；加载装置由滑轮组和加载重物组成；地面装置由地面测量设备、重物释放控制装置以及地面回收装置组成，试验系统如图1所示。
33.本发明的试验原理是：通过将试验件悬吊至给定高度来模拟飞行器飞行过程中俯仰和偏航向运动的自由度，通过合理设置滑轮组和重物的质量，实现分离力的模拟，通过力传感器和高速摄影测量分离过程中的分离力和姿态变化。
34.试验前，先确定试验件悬吊高度(试验件下端面距离地面的高度)，加载重物质量
和悬吊高度(重物下底面距离地面的高度)，方法如下：
35.a)根据分离方案中的分离距离确定试验中内装载荷所需实现的分离距离(h1)；
36.b)根据分离方案确定试验中内装载荷达到分离距离时的分离速度(v1)，并以此为内装载荷落入回收装置的速度；
37.c)根据内装载荷落入回收装置的速度v1，以及回收装置自身缓冲性能，依据如下关系式求解回收装置所需的厚度h2，式中mf为内装载荷的质量，x为试验件陷入回收装置的深度，k和c分别为回收装置弹性系数和阻尼系数(厂家提供)，tr为试验件第一次减速为0的时刻。
[0038][0039][0040]
h2＝1.5x(tr)
[0041]
d)试验件悬吊高度h即为试验件下落高度h1和回收装置厚度h2的和。
[0042]
e)分离方案中的分离力确定试验中所需模拟的内装载荷相对试验舱体的相对加速度a。
[0043]
f)根据相对加速度a与重力加速度的比值确定滑轮组所包含动滑轮数目n为||a/g||的整数部分，式中g为重力加速度。
[0044]
g)然后根据下式确定加载重物的质量m。
[0045][0046]
h)最后根据下式确定加载重物所需悬吊的最低高度h3＝h1/2n。
[0047]
试验时利用吊具将试验件固定在吊架上，然后通过吊架将试验件悬吊到给定高度，为确保试验件在试验开始前静止垂直悬吊，应采用固定拉绳固定试验件，防止风等干扰因素造成试验件释放前的左右晃动。
[0048]
试验时，地面控制装置给连接解锁装置发出解锁指令，连接解锁装置解锁内装载荷和试验舱体的连接。内装载荷与试验舱体解锁后，在加载重物和滑轮组提供的分离力作用下试验件舱内分出。
[0049]
内装载荷和重物落入地面回收装置中完成回收再利用。
[0050]
试验过程中通过事先安装在内装载荷和加载装置之间的力传感器实施获取分离力变化情况，通过布设在试验场地四周的高速摄影仪获取分离过程中分离两体的运动情况。
[0051]
在本技术实施例所提供的方案中，如图1所示，本发明分离试验系统由吊架1、吊具2、试验件3、滑轮组4、加载重物5、地面测量设备6、控制装置7和地面回收装置8等组成。
[0052]
吊架1由试验实施方齐套，可以根据试验实施方现有条件选择采用吊车或是已有吊架，但必须满足起吊高度和起吊质量要求，其作用为将试验件静止悬吊在一定的高度，为试验件内装载荷下落实现分离运动提供条件。
[0053]
吊具2用于在试验前将试验件与吊架连接，并保持试验件竖直状态(分离方向向下)。
[0054]
试验件3包括试验舱体、内装大载荷、飞行器上测量设备和连接解锁装置构成，主
要模拟内装载荷和试验舱体的质量特性，模拟分离两体真实的接触结构和连接解锁装置，同时为飞行器上测量设备提供安装固定用空间和结构接口；
[0055]
滑轮组4主要用于调整加载重物施加在内装载荷上的作用力，同时确保加载重物下落的加速度转化为内装载荷所需的分离加速度；
[0056]
加载重物5用于提供分离力。
[0057]
地面测量设备6主要用于在地面测量分离过程、接收、采编、存储测量信号等；
[0058]
控制装置7主要用于控制连接解锁装置，用于释放内装载荷与试验舱体之间的连接；
[0059]
回收装置8主要为内装载荷回收装置。
[0060]
表1试验流程
[0061][0062]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
[0063]
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

技术特征：
1.一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验系统，其特征在于，包括吊架、吊具、试验件、滑轮组、加载重物、地面测量设备、控制装置和地面回收装置；所述吊架用于将试验件和滑轮组以及加载重物吊到给定高度；所述吊具安装于吊架上，用于连接吊架和试验件；所述试验件通过吊具竖直吊挂在吊架上，用于模拟内装载荷和试验舱体的质量特性，模拟分离两体真实的接触结构和连接解锁装置，同时为飞行器上测量设备提供安装固定用空间和结构接口；所述滑轮组安装在吊架和地面工装上，用于调整加载重物施加在内装载荷上的作用力方向和大小，同时确保加载重物下落的加速度转化为内装载荷所需的分离加速度；所述加载重物通过滑轮组的钢丝绳吊挂在滑轮组下端，用于提供分离力；所述地面测量设备布置在试验件一侧的安全区域，用于在地面测量分离过程、接收、采编、存储测量信号；所述控制装置与地面测量装置一样布置与试验件一侧的安全区域，用于控制连接解锁装置，用于释放内装载荷与试验舱体之间的连接；所述地面回收装置布置在试验件下方，为内装载荷回收装置。2.根据权利要求1所述的一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验方法，其特征在于，采用滑轮组中定滑轮改变加载方向。3.根据权利要求2所述的一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验方法，其特征在于，所述定滑轮安装于吊架和地面。4.根据权利要求1所述的一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验方法，其特征在于，加载重物悬挂于滑轮组中动滑轮上且各级动滑轮均用于增速减力，使得试验件下落加速度2
n
倍于加载重物下落加速度；n为所述滑轮组中动滑轮的数目。5.根据权利要求4所述的一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验方法，其特征在于所述动滑轮用于降低作用于试验件的加载力但提高加载速度。6.根据权利要求1所述的一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验方法，其特征在于，试验件竖直吊挂且分离方向向下，利用重力加速度，降低施加于试验件上作用力的要求。7.根据权利要求1所述的一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验方法，其特征在于，所述吊架在室内或外场采用龙门架的形式搭建。8.根据权利要求1所述的一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验系统实现的试验方法，其特征在于，包括：装配试验件，将试验件总装后通过吊具与吊架吊臂连接；装好滑轮组，并将相应钢索通过力传感器与内装载荷相连；安装地面测量设备，并将飞行器上测量设备和地面测量设备相连，将连接解锁装置电缆与控制装置相连；测量系统自检，确保各测量设备运行正常，各传感器能正常获取试验数据；起吊加载重物，并与滑轮组相连，并缓慢放下；控制装置发出试验件解锁指令，地面及弹上测量装置开始采集数据；内装载荷在重物加载作用下落入回收装置，同时重物落地，并停止运动；t秒后测量系
统停止采集数据；试验结束。

技术总结
一种适用内装大载荷高速分离的低成本试验方法，属于机械技术领域。本发明在传统吊挂分离试验的基础上，采用滑轮组+重物的方式模拟分离力加载，从而实现内装大载荷的高速分离地面试验。整个试验系统由试验件、悬吊装置、加载装置、地面测控及回收装置组成，其中试验件由试验舱体、内装大载荷、飞行器上测量设备、连接解锁装置构成；悬吊设备由吊架和吊具组成；加载装置由滑轮组和加载重物组成；地面装置由地面测量设备、重物释放控制装置以及地面回收装置组成。本发明解决了现有内装大载荷高速分离试验成本高、试验复杂对试验条件依赖高的缺点，可以相对低的成本和试验条件实现内装大载荷高速分离试验的地面试验验证。荷高速分离试验的地面试验验证。荷高速分离试验的地面试验验证。


技术研发人员：刘滔 毛婷 赵楠 赵良 黄永辉 卢志鎏 杨缙 刘志超 秦琪 高原 崔慧永 单翰祥 解向前 高兴 巩英辉 张鹏宇 方洪 孔凡玲 孙冬雪 纪祖赑 王正宇
受保护的技术使用者：北京临近空间飞行器系统工程研究所
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/6/12