悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟方法与流程

1.本发明涉及航天器动力学试验技术领域，尤其涉及悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟方法。


背景技术：

2.航天器在轨飞行时处于自由边界状态，为了在地面开展各种实验模拟航天器在太空的行为，得到航天器的各种动力学特性，为设计和研制航天器提供支撑，必须设计出一种地面上的自由边界模拟方法。在地面上做微振动等实验时，为模拟自由边界条件，理想的情况是在卸载完航天器的重力之后，不对航天器施加任何约束力，此时航天器处于空中的悬浮状态，但由于地面重力的存在，只能采取近似的方法来实现航天器在轨飞行时自由边界条件的模拟。因此，必须提出一种在轨自由边界模拟方法，使得航天器上下组件逐级卸载且保持相对位置不变，解决航天器在轨动力学特性和微振动环境验证的地面试验需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟方法。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟方法，包括航天器上组件、航天器下组件、刚性悬吊架、刚性地基、弹性悬吊弹簧、航天器上组件限位块、航天器转接辅助臂、航天器下组件限位块和弹性支撑弹簧。
6.优选地，所述航天器下组件通过航天器下组件支撑块连接至刚性地基上，所述航天器上组件通过航天器上组件支撑块连接至航天器下组件上。
7.优选地，所述航天器上组件与航天器下组件之间设置有减隔振装置，所述航天器上组件与航天器下组件外表壁上均连接有四个沿周向方向设置的航天器转接辅助臂，所述航天器上组件重力为g1，所述航天器下组件重力为g2。
8.优选地，包括以下步骤：
9.s1、航天器吊装就位；
10.s2、限位装置固定就位；
11.s3、悬吊卸载航天器上组件重力g1；
12.s4、支撑卸载航天器下组件重力g2；
13.s5、开展试验。
14.优选地，所述步骤s3中悬吊卸载航天器上组件重力g1包括以下步骤：
15.s3.1、组装弹性悬吊弹簧，弹性悬吊弹簧共设置四组，沿航天器上组件外围周向方向设置；
16.s3.2、提升弹性悬吊弹簧顶部，使得每根弹簧的拉力达到0.225g1，此时已卸载航天器上组件百分之九十的重力；
17.s3.3、撤去航天器上组件支撑块，此时由航天器上组件限位块承担剩余的百分之十重力；
18.s3.4、继续提升弹性悬吊弹簧顶部，使得每根弹簧的拉力达到0.25g1，此时航天器上组件限位块不再为航天器上组件提供支持力，航天器转接辅助臂与航天器上组件限位块不接触，航天器上组件完全重力卸载。
19.优选地，所述步骤s4中支撑卸载航天器下组件重力g2包括以下步骤：
20.s4.1、组装弹性支撑弹簧，弹性支撑弹簧共设置八组，沿航天器下组件底部周向方向设置；
21.s4.2、抬升弹性支撑弹簧底部，使得每根弹簧的拉力达到0.1125g2，此时已卸载航天器下组件百分之九十的重力；
22.s4.3、撤去航天器下组件支撑块，此时由航天器下组件限位块承担剩余的百分之十重力；
23.s4.4、继续抬升弹性支撑弹簧底部，使得每根弹簧的拉力达到0.125g2，此时航天器下组件限位块不再为航天器下组件提供支持力，航天器转接辅助臂与航天器下组件限位块不接触，航天器下组件完全重力卸载。
24.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
25.1、本技术通过悬吊与支撑两种方式的共同作用，实现对两节式航天器在轨自由边界状态的模拟；通过设置悬吊弹簧与支撑弹簧的刚度与变形量，使得航天器整体重力卸载，满足航天器在地面做微振动等其他动力学实验时自由边界条件模拟的需求；通过弹簧、限位块和支撑块的配合使用，使得航天器上下组件逐级卸载且保持相对位置不变。
附图说明
26.图1示出了根据本发明实施例提供的悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟卸载前的结构示意图；
27.图2示出了根据本发明实施例提供的悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟卸载后的结构示意图。
28.图例说明：
29.1、航天器上组件；2、减隔振装置；3、航天器上组件支撑块；4、航天器下组件；5、航天器下组件支撑块；6、刚性悬吊架；7、刚性地基；8、弹性悬吊弹簧；9、航天器上组件限位块；10、航天器转接辅助臂；11、航天器下组件限位块；12、弹性支撑弹簧。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
31.请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
32.悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟方法，包括航天器上组件1、航天器下组件4、刚性悬吊架6、刚性地基7、弹性悬吊弹簧8、航天器上组件限位块9、航天器转接辅助臂10、
航天器下组件限位块11和弹性支撑弹簧12，航天器下组件4通过航天器下组件支撑块5连接至刚性地基7上，航天器上组件1通过航天器上组件支撑块3连接至航天器下组件4上，航天器上组件1与航天器下组件4之间设置有减隔振装置2，航天器上组件1与航天器下组件4外表壁上均连接有四个沿周向方向设置的航天器转接辅助臂10，航天器上组件1重力为g1，航天器下组件重力为g2。
33.具体的，如图1和图2所示，悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟方法，包括以下步骤：
34.s1、航天器吊装就位，安装航天器下组件支撑块5，航天器下组件支撑块5下表面与刚性地基7固定连接，航天器下组件支撑块5最少选取三个，建议选取为四至八个，吊装航天器整体至航天器下组件支撑块5上；
35.s2、限位装置固定就位，固定航天器上组件限位块9至刚性悬吊架6上，且对航天器转接辅助臂10限位以限制航天器上组件1的位置，航天器上组件限位块9共设置四个，沿航天器上组件1外围周向分布，固定航天器下组件限位块11至刚性悬吊架6上，且对航天器转接辅助臂10限位以限制航天器下组件4的位置，航天器下组件限位块11共设置四个，沿航天器下组件4外围周向分布；
36.s3、悬吊卸载航天器上组件重力g1；
37.s4、支撑卸载航天器下组件重力g2；
38.s5、开展试验，根据力传感器和位移传感器检测限位及卸载情况，检查无误后，安装模态试验激振器；开展微振动试验或其他动力学实验；试验结束，整理并记录数据。
39.具体的，如图1和图2所示，步骤s3中悬吊卸载航天器上组件重力g1包括以下步骤：
40.s3.1、组装弹性悬吊弹簧8，弹性悬吊弹簧8共设置四组，沿航天器上组件1外围周向方向设置；
41.s3.2、提升弹性悬吊弹簧8顶部，使得每根弹簧的拉力达到0.225g1，此时已卸载航天器上组件1百分之九十的重力；
42.s3.3、撤去航天器上组件支撑块3，此时由航天器上组件限位块9承担剩余的百分之十重力；
43.s3.4、继续提升弹性悬吊弹簧8顶部，使得每根弹簧的拉力达到0.25g1，此时航天器上组件限位块9不再为航天器上组件1提供支持力，航天器转接辅助臂10与航天器上组件限位块9不接触，航天器上组件1完全重力卸载。
44.具体的，如图1和图2所示，步骤s4中支撑卸载航天器下组件重力g2包括以下步骤：
45.s4.1、组装弹性支撑弹簧12，弹性支撑弹簧12共设置八组，沿航天器下组件4底部周向方向设置；
46.s4.2、抬升弹性支撑弹簧12底部，使得每根弹簧的拉力达到0.1125g2，此时已卸载航天器下组件4百分之九十的重力；
47.s4.3、撤去航天器下组件支撑块5，此时由航天器下组件限位块11承担剩余的百分之十重力；
48.s4.4、继续抬升弹性支撑弹簧12底部，使得每根弹簧的拉力达到0.125g2，此时航天器下组件限位块11不再为航天器下组件4提供支持力，航天器转接辅助臂10与航天器下组件限位块11不接触，航天器下组件4完全重力卸载。
49.至此，利用悬吊和支撑的双级复合式作用完成对整体航天器的重力卸载，近似模拟了航天器在轨飞行时的自由边界条件。
50.本技术通过悬吊与支撑两种方式的共同作用，实现对两节式航天器在轨自由边界状态的模拟；通过设置弹性悬吊弹簧8与弹性支撑弹簧12的刚度与变形量，使得航天器整体重力卸载，满足航天器在地面做微振动等其他动力学实验时自由边界条件模拟的需求；通过弹簧、限位块和支撑块的配合使用，使得航天器上下组件逐级卸载且保持相对位置不变。
51.实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟方法，其特征在于，包括航天器上组件(1)、航天器下组件(4)、刚性悬吊架(6)、刚性地基(7)、弹性悬吊弹簧(8)、航天器上组件限位块(9)、航天器转接辅助臂(10)、航天器下组件限位块(11)和弹性支撑弹簧(12)。2.根据权利要求1所述的悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟方法，其特征在于，所述航天器下组件(4)通过航天器下组件支撑块(5)连接至刚性地基(7)上，所述航天器上组件(1)通过航天器上组件支撑块(3)连接至航天器下组件(4)上。3.根据权利要求2所述的悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟方法，其特征在于，所述航天器上组件(1)与航天器下组件(4)之间设置有减隔振装置(2)，所述航天器上组件(1)与航天器下组件(4)外表壁上均连接有四个沿周向方向设置的航天器转接辅助臂(10)，所述航天器上组件(1)重力为g1，所述航天器下组件重力为g2。4.根据权利要求3所述的悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、航天器吊装就位；s2、限位装置固定就位；s3、悬吊卸载航天器上组件(1)重力g1；s4、支撑卸载航天器下组件(4)重力g2；s5、开展试验。5.根据权利要求4所述的悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟方法，其特征在于，所述步骤s3中悬吊卸载航天器上组件重力g1包括以下步骤：s3.1、组装弹性悬吊弹簧(8)，弹性悬吊弹簧(8)共设置四组，沿航天器上组件(1)外围周向方向设置；s3.2、提升弹性悬吊弹簧(8)顶部，使得每根弹簧的拉力达到0.225g1，此时已卸载航天器上组件(1)百分之九十的重力；s3.3、撤去航天器上组件支撑块(3)，此时由航天器上组件限位块(9)承担剩余的百分之十重力；s3.4、继续提升弹性悬吊弹簧(8)顶部，使得每根弹簧的拉力达到0.25g1，此时航天器上组件限位块(9)不再为航天器上组件(1)提供支持力，航天器转接辅助臂(10)与航天器上组件限位块(9)不接触，航天器上组件(1)完全重力卸载。6.根据权利要求4所述的悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟方法，其特征在于，所述步骤s4中支撑卸载航天器下组件重力g2包括以下步骤：s4.1、组装弹性支撑弹簧(12)，弹性支撑弹簧(12)共设置八组，沿航天器下组件(4)底部周向方向设置；s4.2、抬升弹性支撑弹簧(12)底部，使得每根弹簧的拉力达到0.1125g2，此时已卸载航天器下组件(4)百分之九十的重力；s4.3、撤去航天器下组件支撑块(5)，此时由航天器下组件限位块(11)承担剩余的百分之十重力；s4.4、继续抬升弹性支撑弹簧(12)底部，使得每根弹簧的拉力达到0.125g2，此时航天器下组件限位块(11)不再为航天器下组件(4)提供支持力，航天器转接辅助臂(10)与航天器下组件限位块(11)不接触，航天器下组件(4)完全重力卸载。

技术总结
本发明公开了悬吊支撑双级复合式在轨自由边界模拟方法，包括航天器上组件、航天器下组件、刚性悬吊架、刚性地基、弹性悬吊弹簧、航天器上组件限位块、航天器转接辅助臂、航天器下组件限位块和弹性支撑弹簧，航天器下组件通过航天器下组件支撑块连接刚性地基，所述航天器上组件通过航天器上组件支撑块连接航天器下组件。本发明中，通过悬吊与支撑两种方式的共同作用，实现对两节式航天器在轨自由边界状态的模拟；通过设置悬吊弹簧与支撑弹簧的刚度与变形量，使得航天器整体重力卸载，满足航天器在地面做微振动等其他动力学实验时自由边界条件模拟的需求；通过弹簧、限位块和支撑块的配合使用，使得航天器上下组件逐级卸载且保持相对位置不变。持相对位置不变。持相对位置不变。


技术研发人员：刘闯 杨江 张立元 冯国松 李新明 杨光 吴迪平 韩天 张肇元 薛令博 谢一村 薛倩 孙通 王潇锋
受保护的技术使用者：北京卫星环境工程研究所
技术研发日：2022.11.24
技术公布日：2023/4/5