衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)及其設計方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)及其設計方法，該方法利用彈力繩縱向良好的低剛度特性，根據(jù)被懸吊對象的固有頻率，設計懸吊系統(tǒng)的頻率，選擇懸吊彈力繩的根數(shù)和剛度，分析單點懸吊和多點懸吊方法的異同，從而獲取適用于不同工況的懸吊系統(tǒng)特性與組成，模擬衛(wèi)星在軌狀態(tài)，以滿足微振動試驗的目的。該懸吊方法形式多樣，設計靈活，搭建方便快捷，可根據(jù)具體試驗情況改變懸吊彈力繩數(shù)量和懸吊位置，應用廣泛，方便接口設計，有效利用空間，具有較高的通用性。
【專利說明】衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)及其設計方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星微振動試驗方法，具體地，涉及一種衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)及其設計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天技術(shù)的發(fā)展，對于敏感載荷的精度要求越來越高，振動抑制的應用越來越緊迫，微振動試驗條件需要不斷的更新和保障。而如何模擬衛(wèi)星及其敏感載荷的在軌失重狀態(tài)，實現(xiàn)微振動擾動情況下的性能測試顯得尤為重要。
[0003]為模擬失重狀態(tài)，航天領域多使用懸吊試驗來模擬考核載荷的在軌性能，而如果要求懸吊系統(tǒng)對試驗的影響忽略不計，則要求懸吊系統(tǒng)的頻率不高于衛(wèi)星系統(tǒng)頻率的1/10。但是常規(guī)的鋼絲繩懸吊方法縱向剛度大，頻率高，不能滿足失重狀態(tài)的需求。而且單點懸吊方法只適用于質(zhì)量輕，體積小的載荷，對于整星等大質(zhì)量大體積的被懸吊對象，已經(jīng)不能滿足要求。
[0004]為此，如何提供一種結(jié)構(gòu)簡單、承載力大、姿態(tài)平穩(wěn)、安裝方便、成本低廉的低剛度懸吊方法成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)及其設計方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:選取彈力繩，并分析單根彈力繩在不同承載狀況下的剛度特性曲線；
[0008]步驟2:根據(jù)步驟I中單位長度彈力繩的剛度特性曲線，在保證一定安全裕度的同時，選取彈力繩剛度特性曲線中剛度變化較為平穩(wěn)的區(qū)域確定彈力繩的工作承載范圍；
[0009]步驟3:分別選取多根步驟2中的彈力繩在單懸吊點并聯(lián)組成并聯(lián)系統(tǒng)，獲取并聯(lián)系統(tǒng)的剛度特性與步驟2中的單根彈力繩的剛度特性進行對比，確定并聯(lián)系統(tǒng)的剛度特性為單根彈力繩剛度特性的線性疊加；
[0010]步驟4:根據(jù)衛(wèi)星系統(tǒng)的固有頻率，確定懸吊系統(tǒng)的頻率范圍，并確定懸吊系統(tǒng)選用的彈力繩的數(shù)量范圍；
[0011]步驟5:根據(jù)懸吊對象的形狀，設計懸吊系統(tǒng)，確定懸吊點的數(shù)量和位置；
[0012]步驟6:測量被懸吊對象的質(zhì)心位置，根據(jù)懸吊對象的質(zhì)心位置，確定各懸吊點選用的彈力繩數(shù)量；
[0013]步驟7:計算懸吊系統(tǒng)縱向模態(tài)頻率和橫向模態(tài)頻率，并分別進行模態(tài)測試，驗證確認懸吊系統(tǒng)真實的縱向固有頻率和橫向固有頻率，得到懸吊系統(tǒng)頻率；
[0014]步驟8:根據(jù)步驟7得到的懸吊系統(tǒng)頻率判斷懸吊系統(tǒng)頻率是否符合步驟4確定的懸吊系統(tǒng)的頻率范圍，若符合則完成懸吊系統(tǒng)設計；若不符合，則重復步驟4至步驟8，直至懸吊系統(tǒng)頻率符合步驟4確定的懸吊系統(tǒng)的頻率范圍。
[0015]優(yōu)選地，步驟4中，懸吊系統(tǒng)的頻率范圍確定為:懸吊系統(tǒng)頻率小于衛(wèi)星固有頻率的 1/10。
[0016]優(yōu)選地，步驟7包括以下步驟:
[0017]步驟71:根據(jù)模態(tài)計算公式計算懸吊系統(tǒng)縱向模態(tài)頻率，并對懸吊系統(tǒng)進行縱向模態(tài)測試，對比驗證并確認懸吊系統(tǒng)真實的縱向固有頻率；
[0018]步驟72:根據(jù)懸吊系統(tǒng)吊點到懸吊對象的質(zhì)心的距離，利用“單擺”公式計算懸吊系統(tǒng)橫向模態(tài)頻率，并對懸吊系統(tǒng)進行橫向模態(tài)測試，對比驗證并確定懸吊系統(tǒng)真實的橫向固有頻率。
[0019]優(yōu)選地，步驟71及步驟72中，待彈力繩伸長量穩(wěn)定后對懸吊系統(tǒng)進行縱向模態(tài)測試及橫向模態(tài)測試。
[0020]優(yōu)選地，步驟3中并聯(lián)系統(tǒng)的實現(xiàn)方法為:選取步驟2中原長相同的多根彈力繩并聯(lián)，測量包括多根彈力繩并聯(lián)后的并聯(lián)剛度。
[0021]優(yōu)選地，步驟6中，為保證衛(wèi)星整體不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，質(zhì)心偏移方向上的吊點處彈力繩數(shù)量稍多，反方向吊點處彈力繩數(shù)量稍少。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種利用上述的衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)設計方法設計的衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)，該懸吊系統(tǒng)包括彈力繩束、吊具連接件和吊架，吊架包括多個懸吊點，彈力繩束包括多根彈力繩，彈力繩束的一端連接至吊架上相應的懸吊點，另一端連接吊具連接件。
[0023]本發(fā)明提供一種地面模擬失重環(huán)境、適用于衛(wèi)星及其敏感載荷微振動試驗的懸吊系統(tǒng)及其設計方法，實現(xiàn)低剛度大承載的地面模擬失重狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0024]1、本發(fā)明的多點懸吊承載力大，可根據(jù)被懸吊對象的質(zhì)量選擇彈力繩數(shù)量，保證每根彈力繩均處于剛度變化平穩(wěn)區(qū)域；
[0025]2、本發(fā)明可根據(jù)被懸吊對象外形調(diào)整吊點數(shù)量和位置，便于設計懸吊工裝，且與被懸吊對象不發(fā)生干涉；
[0026]3、該發(fā)明可根據(jù)被懸吊對象的質(zhì)心位置，調(diào)整各吊點的彈力繩數(shù)量，使被吊對象姿態(tài)平穩(wěn)；
[0027]4、該懸吊技術(shù)耦合性好，頻率低，不影響系統(tǒng)的頻率；
[0028]5、該懸吊方法搭建方便快捷，應用廣泛，方便接口設計，有效利用空間，具有較高的通用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0030]圖1為彈力繩靜態(tài)剛度隨載荷重量的變化曲線示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明實施例的六點衛(wèi)星微振動試驗懸吊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖中:I為彈力繩束2為吊具連接件，3為吊架，4為衛(wèi)星。【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術(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。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0034]一種衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊方法，包括以下步驟:
[0035]步驟1:選取彈力繩，并分析單根彈力繩在不同承載狀況下的剛度特性曲線；
[0036]步驟2:根據(jù)步驟I中單位長度彈力繩的剛度特性曲線，在保證一定安全裕度的同時，選取彈力繩剛度特性曲線中剛度變化較為平穩(wěn)的區(qū)域確定彈力繩的工作承載范圍；
[0037]步驟3:分別選取多根步驟2中的彈力繩在單懸吊點并聯(lián)組成并聯(lián)系統(tǒng)，獲取并聯(lián)系統(tǒng)的剛度特性與步驟2中的單根彈力繩的剛度特性進行對比，確定并聯(lián)系統(tǒng)的剛度特性為單根彈力繩剛度特性的線性疊加；
[0038]步驟4:根據(jù)衛(wèi)星系統(tǒng)的固有頻率，確定懸吊系統(tǒng)的頻率范圍，并確定懸吊系統(tǒng)選用的彈力繩的數(shù)量范圍；
[0039]步驟5:根據(jù)懸吊對象的形狀，設計懸吊系統(tǒng)，確定懸吊點的數(shù)量和位置；
[0040]步驟6:測量被懸吊對象的質(zhì)心位置，根據(jù)懸吊對象的質(zhì)心位置，確定各懸吊點選用的彈力繩數(shù)量；
[0041]步驟7:計算懸吊系統(tǒng)縱向模態(tài)頻率和橫向模態(tài)頻率，并分別進行模態(tài)測試，驗證確認懸吊系統(tǒng)真實的縱向固有頻率和橫向固有頻率，得到懸吊系統(tǒng)頻率；
[0042]步驟8:根據(jù)步驟7得到的懸吊系統(tǒng)頻率判斷懸吊系統(tǒng)頻率是否符合步驟4確定的懸吊系統(tǒng)的頻率范圍，若符合則完成懸吊系統(tǒng)設計；若不符合，則重復步驟4至步驟8，直至懸吊系統(tǒng)頻率符合步驟4確定的懸吊系統(tǒng)的頻率范圍。
[0043]優(yōu)選地，步驟4中，懸吊系統(tǒng)的頻率范圍確定為:懸吊系統(tǒng)頻率小于衛(wèi)星固有頻率的 1/10。
[0044]優(yōu)選地，步驟7包括以下步驟:
[0045]步驟71:根據(jù)模態(tài)計算公式計算懸吊系統(tǒng)縱向模態(tài)頻率，并對懸吊系統(tǒng)進行縱向模態(tài)測試，對比驗證并確認懸吊系統(tǒng)真實的縱向固有頻率；
[0046]步驟72:根據(jù)懸吊系統(tǒng)吊點到懸吊對象的質(zhì)心的距離，利用“單擺”公式計算懸吊系統(tǒng)橫向模態(tài)頻率，并對懸吊系統(tǒng)進行橫向模態(tài)測試，對比驗證并確定懸吊系統(tǒng)真實的橫向固有頻率。
[0047]優(yōu)選地，步驟71及步驟72中，待彈力繩伸長量穩(wěn)定后對懸吊系統(tǒng)進行縱向模態(tài)測試及橫向模態(tài)測試。
[0048]優(yōu)選地，步驟3中并聯(lián)系統(tǒng)的實現(xiàn)方法為:選取步驟2中原長相同的多根彈力繩并聯(lián)，測量包括多根彈力繩并聯(lián)后的并聯(lián)剛度。
[0049]優(yōu)選地，步驟6中，為保證衛(wèi)星整體不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，質(zhì)心偏移方向上的吊點處彈力繩數(shù)量稍多，反方向吊點處彈力繩數(shù)量稍少。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種利用上述的衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)設計方法設計的衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)，該懸吊系統(tǒng)包括彈力繩束、吊具連接件和吊架，吊架包括多個懸吊點，彈力繩束包括多根彈力繩，彈力繩束的一端連接至吊架上相應的懸吊點，另一端連接吊具連接件，彈力繩通過連接件形成并聯(lián)形式和/或串聯(lián)形式，連接件需保證各彈力繩平均受力，不會使某些彈力繩過載。
[0051]具體地，如圖2所示，其為本發(fā)明實施例的六點衛(wèi)星微振動試驗懸吊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。懸吊系統(tǒng)包括:6個彈力繩束1、6個吊具連接件2和吊架3，吊架包括6個懸吊點，各彈力繩束I均包括多根彈力繩，彈力繩束I的一端連接至吊架3上相應的懸吊點，另一端連接吊具連接件2，吊具連接件2連接待懸吊的衛(wèi)星。
[0052]進一步地，本實施例的六點衛(wèi)星微振動試驗懸吊系統(tǒng)的設計過程包括以下步驟:
[0053]步驟1:選用乳膠絲彈力繩,其直徑為ΦΙΟι?πι ；
[0054]步驟2:測試單根彈力繩在不同承載狀況下的剛度特性曲線如圖1所示:
[0055]步驟3:試驗每根彈力繩可以承受300Ν以上的持續(xù)力作用，取1.5倍余量，則每根繩子可以安全穩(wěn)定的承受200Ν的持續(xù)力；
[0056]步驟4:分別選取多根彈力繩在單懸吊點并聯(lián)組成并聯(lián)系統(tǒng)，得到并聯(lián)系統(tǒng)的剛度特性為單根彈力繩剛度特性的線性疊加；
[0057]步驟5:整星質(zhì)量特性為:質(zhì)量2843.6kg，質(zhì)心位置為X:_8.93mm, Y:-7.06mm, Z:1384.0_，采用6吊點懸吊；
[0058]步驟6:根據(jù)整星懸吊質(zhì)量可以計算單吊點彈力繩的最大工作載荷T約為4650N ；
[0059]步驟7:根據(jù)質(zhì)心位置，計算各吊點彈力繩數(shù)量如下表所示:
[0060]表1各吊點彈力繩數(shù)統(tǒng)計`
[0061]
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)設計方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:選取彈力繩，并分析單根彈力繩在不同承載狀況下的剛度特性曲線； 步驟2:根據(jù)步驟I中單位長度彈力繩的剛度特性曲線，在保證一定安全裕度的同時，選取彈力繩剛度特性曲線中剛度變化較為平穩(wěn)的區(qū)域確定彈力繩的工作承載范圍； 步驟3:分別選取多根步驟2中的彈力繩在單懸吊點并聯(lián)組成并聯(lián)系統(tǒng)，獲取并聯(lián)系統(tǒng)的剛度特性與步驟2中的單根彈力繩的剛度特性進行對比，確定并聯(lián)系統(tǒng)的剛度特性為單根彈力繩剛度特性的線性疊加； 步驟4:根據(jù)衛(wèi)星系統(tǒng)的固有頻率，確定懸吊系統(tǒng)的頻率范圍，并確定懸吊系統(tǒng)選用的彈力繩的數(shù)量范圍； 步驟5:根據(jù)懸吊對象的形狀，設計懸吊系統(tǒng)，確定懸吊點的數(shù)量和位置； 步驟6:測量被懸吊對象的質(zhì)心位置，根據(jù)懸吊對象的質(zhì)心位置，確定各懸吊點選用的彈力繩數(shù)量； 步驟7:計算懸吊系統(tǒng)縱向模態(tài)頻率和橫向模態(tài)頻率，并分別進行模態(tài)測試，驗證確認懸吊系統(tǒng)真實的縱向固有頻率和橫向固有頻率，得到懸吊系統(tǒng)頻率； 步驟8:根據(jù)步驟7得到的懸吊系統(tǒng)頻率判斷懸吊系統(tǒng)頻率是否符合步驟4確定的懸吊系統(tǒng)的頻率范圍，若符合則完成懸吊系統(tǒng)設計；若不符合，則重復步驟4至步驟8，直至懸吊系統(tǒng)頻率符合步驟4確定的懸吊系統(tǒng)的頻率范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)設計方法，其特征在于，步驟4中，懸吊系統(tǒng)的頻率范圍確定為:懸吊系統(tǒng)頻率小于衛(wèi)星固有頻率的1/10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)設計方法，其特征在于，步驟7包括以下步驟: 步驟71:根據(jù)模態(tài)計算公式計算懸吊系統(tǒng)縱向模態(tài)頻率，并對懸吊系統(tǒng)進行縱向模態(tài)測試，對比驗證并確認懸吊系統(tǒng)真實的縱向固有頻率； 步驟72:根據(jù)懸吊系統(tǒng)吊點到懸吊對象的質(zhì)心的距離，利用“單擺”公式計算懸吊系統(tǒng)橫向模態(tài)頻率，并對懸吊系統(tǒng)進行橫向模態(tài)測試，對比驗證并確定懸吊系統(tǒng)真實的橫向固有頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)設計方法，其特征在于，步驟71及步驟72中，待彈力繩伸長量穩(wěn)定后對懸吊系統(tǒng)進行縱向模態(tài)測試及橫向模態(tài)測試。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)設計方法，其特征在于，步驟3中并聯(lián)系統(tǒng)的實現(xiàn)方法為:選取步驟2中原長相同的多根彈力繩并聯(lián)，測量包括多根彈力繩并聯(lián)后的并聯(lián)剛度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)設計方法，其特征在于，步驟6中，為保證衛(wèi)星整體不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，質(zhì)心偏移方向上的吊點處彈力繩數(shù)量稍多，反方向吊點處彈力繩數(shù)量稍少。
7.一種利用權(quán)利要求1至6中任一項所述的衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)設計方法設計的衛(wèi)星微振動試驗多點懸吊系統(tǒng)，其特征在于，所述懸吊系統(tǒng)包括彈力繩束、吊具連接件和吊架，所述吊架包括多個懸吊點，所述彈力繩束包括多根彈力繩，所述彈力繩束的一端連接至所述吊架上相應的懸吊點，另一端連接所述吊具連接件。
【文檔編號】B64G7/00GK103482088SQ201310350019
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】申軍烽, 鐘鳴, 蔣國偉, 陸國平, 沈海軍, 虞自飛, 黃俊杰 申請人:上海衛(wèi)星工程研究所