專(zhuān)利名稱(chēng)：一種平衡重力的級(jí)間分離試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械工程領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種平衡重力的級(jí)間分離試驗(yàn)裝置及試驗(yàn) 方法。
背景技術(shù)：
部分航天飛行器在飛行過(guò)程中，為了減輕消極載荷，級(jí)間分離是飛行過(guò)程中一項(xiàng) 必不可少的步驟，分離能否正常完成直接關(guān)系到飛行器發(fā)射的成敗。目前使用的分離方式 主要有兩種，一種是冷分離方式，一種是熱分離方式。無(wú)論選用哪一種分離方式，在進(jìn)行分 離系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，分離體的分離速度與分離姿態(tài)是考核分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)能否滿(mǎn)足要求的主要設(shè) 計(jì)參數(shù)。為了獲得分離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，可通過(guò)理論計(jì)算、飛行仿真技術(shù)和試驗(yàn)測(cè)量等方 法。飛行仿真技術(shù)是通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，在計(jì)算機(jī)上對(duì)飛行器的各種飛行力學(xué)實(shí)際問(wèn)題進(jìn) 行動(dòng)態(tài)仿真，它與理論計(jì)算都存在模型建立復(fù)雜、難以計(jì)算準(zhǔn)確和邊界難取舍等問(wèn)題，故都 難以獲得真實(shí)的分離參數(shù)。試驗(yàn)測(cè)量方法分為地面試驗(yàn)測(cè)量方法與飛行試驗(yàn)測(cè)量方法。在飛行試驗(yàn)測(cè)量方法 方面，《現(xiàn)代防御技術(shù)》第30卷第4期作者關(guān)世義在《談?wù)勶w行力學(xué)的三大研究手段》中提到 可采用小模型彈進(jìn)行外場(chǎng)自由飛模試驗(yàn)來(lái)測(cè)量級(jí)間分離參數(shù)。該試驗(yàn)方法需要制造一發(fā)小 模型彈，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)都需進(jìn)行等比縮放，試驗(yàn)成本高，且不適用于研制初期。在地面試驗(yàn)測(cè) 量方法方面，《西工大力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)》(http://jpkc· nwpu. edu. dn/jp2005/04/XNSYl. htm)中提到級(jí)間分離采用在壓力艙內(nèi)通過(guò)給氣浮塊加氣壓使分離體浮起的方法進(jìn)行級(jí)間 分離，該方法雖然能較真實(shí)地模擬級(jí)間分離，但試驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜，對(duì)不同的分離體需要設(shè)計(jì)不 同的壓力艙和浮塊，試驗(yàn)設(shè)備的通用性不強(qiáng)，試驗(yàn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種平衡重力的級(jí)間分離試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，解決的技術(shù)問(wèn)題是 采用平衡重力的試驗(yàn)裝置進(jìn)行級(jí)間分離試驗(yàn)，消除重力對(duì)分離試驗(yàn)的影響，較真實(shí)地模擬 無(wú)重力狀態(tài)下的級(jí)間分離。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的解決方案為，一種平衡重力的級(jí)間分離試驗(yàn) 裝置，由吊梁1、吊點(diǎn)21、22、轉(zhuǎn)軸31、32和吊具41、42組成；所述吊梁1應(yīng)有足夠的高度，根 據(jù)分離體姿態(tài)角要求進(jìn)行吊梁高度確定，其吊梁1高度的計(jì)算方法為L(zhǎng) = d/sin2 θ (其中 L為吊梁的高度，d為分離體考核的分離距離，θ為分離體允許的最大姿態(tài)角)；所述吊點(diǎn) 21、22設(shè)置在吊梁1上，并滿(mǎn)足分離動(dòng)靜載荷要求，吊點(diǎn)21、22兩側(cè)的距離與轉(zhuǎn)軸31、32兩 側(cè)的距離相等；所述吊具41、42上端與吊點(diǎn)21和22連接，并垂直于吊梁，吊具41、42的下 端與轉(zhuǎn)軸31、32連接。吊具為密度較小的非金屬吊繩，承載能力為各分離體重力的2. 5倍以 上，吊具41、42的長(zhǎng)度為(L+幻米；所述轉(zhuǎn)軸31、32由滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承和聯(lián)接件構(gòu)成， 且轉(zhuǎn)軸31、32設(shè)置在分離體質(zhì)心位置。本發(fā)明所述試驗(yàn)裝置為在所述吊梁1上根據(jù)分離體 51,52質(zhì)心距離設(shè)置吊點(diǎn)21、22，轉(zhuǎn)軸31,32設(shè)置在分離體51,52質(zhì)心位置，吊具41,42兩端分別與轉(zhuǎn)軸31、32和吊點(diǎn)21、22連接，分離體51、52采用該裝置進(jìn)行級(jí)間分離試驗(yàn)。一種采用平衡重力的級(jí)間分離試驗(yàn)裝置進(jìn)行級(jí)間分離試驗(yàn)的方法1)、測(cè)量分離體51、52的質(zhì)心，并在質(zhì)心位置設(shè)置轉(zhuǎn)軸31、32 ；2)、搭接吊梁1，使吊梁1的高度L滿(mǎn)足L = d/sin2 θ，使吊梁1的承載能力滿(mǎn)足 分離體51、52分離動(dòng)靜載荷要求；3)、根據(jù)分離體51、52質(zhì)心距離，在吊梁1上設(shè)置吊點(diǎn)21、22，并使吊點(diǎn)的承載能力 滿(mǎn)足分離體51、52分離動(dòng)靜載荷要求；4)、分別將吊具41、42的一端與吊點(diǎn)21、22連接，另一端延伸至地面；5)、分別將吊具41、42的另一端與轉(zhuǎn)軸31、32連接，調(diào)節(jié)吊具41、42與轉(zhuǎn)軸31、32 的連接點(diǎn)，使分離體51、52在重力的作用下保持平衡，而不發(fā)生繞轉(zhuǎn)軸31、32轉(zhuǎn)動(dòng)；6)、將分離體51、52進(jìn)行裝配聯(lián)接；7)、控制級(jí)間分離系統(tǒng)，使分離體51、52沿分離面6發(fā)生級(jí)間分離。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在本發(fā)明通過(guò)平衡分離體重力，較真實(shí)地模擬了無(wú)重力 狀態(tài)下的分離情況，并通過(guò)在分離體質(zhì)心位置設(shè)置轉(zhuǎn)軸，保證了分離體分離時(shí)分離自由度， 容易得出真實(shí)的分離姿態(tài)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、容易實(shí)現(xiàn)，效果明顯，能有效地降低試驗(yàn)成本。


圖1為本發(fā)明試驗(yàn)吊裝示意圖；圖2為單個(gè)分離體的吊裝示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明包括吊梁1、吊點(diǎn)21、22、轉(zhuǎn)軸31、32、吊具41、42。本發(fā)明所述的試驗(yàn)裝置為利用所述吊梁1、吊點(diǎn)21、22、吊轉(zhuǎn)軸31、32和吊具41、42 對(duì)分離體51、52進(jìn)行吊裝，吊梁1應(yīng)具有滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的高度，單個(gè)分離體的兩吊點(diǎn)211、 212的距離與單個(gè)分離體的兩轉(zhuǎn)軸311、312的距離相等，吊具41、42應(yīng)采用密度較小的非金 屬吊繩，以減小吊具重量對(duì)分離體51、52自由分離產(chǎn)生的干擾，吊具41、42的質(zhì)量不超過(guò)分 離體質(zhì)量的2%為宜，轉(zhuǎn)軸31、32要求轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，且轉(zhuǎn)軸311、312通過(guò)分離體51的質(zhì)心，同 理轉(zhuǎn)軸321、322通過(guò)分離體52的質(zhì)心。本發(fā)明中，關(guān)鍵在于吊具41、42的選用，要嚴(yán)格控制吊具41、42的質(zhì)量，使吊具41、 42的總質(zhì)量不超過(guò)分離體質(zhì)量的2%。其次是吊梁1的高度，為了使分離體分離后繞吊點(diǎn) 21,22的擺動(dòng)角不至于過(guò)大以影響分離機(jī)構(gòu)動(dòng)作或影響分離姿態(tài)，吊梁1必須足夠高，其具 體計(jì)算方法如發(fā)明內(nèi)容所述。本發(fā)明適用于需要模擬無(wú)重力作用狀態(tài)下的分離體分離的地面試驗(yàn)。實(shí)例1 設(shè)定一航天飛行器三級(jí)分離的地面分離試驗(yàn)采用了本發(fā)明所述的試驗(yàn)裝置和試 驗(yàn)方法，分離體一的質(zhì)量為720kg，分離體二的質(zhì)量為100kg，分離體允許的最大姿態(tài)角為 2.5°，需考核的分離距離為1.2m，吊梁高度為15m，吊具采用強(qiáng)度較好、質(zhì)量較輕的錦絲 繩，吊裝分離體一、分離體二的吊具的承載能力分別為2000kg和500kg，轉(zhuǎn)軸由滑動(dòng)軸承和連接件構(gòu)成，轉(zhuǎn)軸設(shè)置在分離體過(guò)質(zhì)心的聯(lián)接點(diǎn)處。按本發(fā)明所述的試驗(yàn)方法進(jìn)行分離試 驗(yàn)，級(jí)間分離正常，分離機(jī)構(gòu)工作正常，并能反映出消除重力影響后的較真實(shí)的分離速度和 分離姿態(tài)，對(duì)確定分離系統(tǒng)參數(shù)具有重要指導(dǎo)作用。實(shí)例2 設(shè)定一航天飛行器整流罩的地面分離試驗(yàn)采用了本發(fā)明所述的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn) 方法，整流罩為分離體且質(zhì)量為98kg，被分離體與地面工裝固定，整流罩允許的最大姿態(tài)角 為3°，需考核的分離距離為lm，吊梁高度為10m，吊具采用強(qiáng)度較好、質(zhì)量較輕的錦絲繩， 錦絲繩斷裂強(qiáng)度為500kg，轉(zhuǎn)軸由滾動(dòng)軸承和連接件構(gòu)成，轉(zhuǎn)軸設(shè)置在整流罩上，且通過(guò)整 流罩質(zhì)心。按本發(fā)明所述的試驗(yàn)方法進(jìn)行分離試驗(yàn)，整流罩分離正常，分離機(jī)構(gòu)工作正常， 并能反應(yīng)出消除重力影響后的較真實(shí)的分離速度和分離姿態(tài)，對(duì)確定分離系統(tǒng)參數(shù)具有重 要指導(dǎo)作用。
權(quán)利要求
1.一種平衡重力的級(jí)間分離試驗(yàn)裝置，由吊梁(1)、吊點(diǎn)01)、(22)、轉(zhuǎn)軸(31)、(32) 和吊具(41) “42)組成；其特征在于所述吊點(diǎn)(21) “22)設(shè)置在吊梁(1)上，吊點(diǎn)(21)、 (22)兩側(cè)的距離與轉(zhuǎn)軸(31)、(32)兩側(cè)的距離相等；所述吊具Gl)、(42)上端與吊點(diǎn)Ql) 和(22)連接，并垂直于吊梁，吊具(41) “42)的下端與轉(zhuǎn)軸(31)、(32)連接。
2.一種平衡重力的級(jí)間分離試驗(yàn)裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)軸(31)、(32)由滑動(dòng)軸承 或滾動(dòng)軸承和聯(lián)接件構(gòu)成，且轉(zhuǎn)軸(31)、(3 設(shè)置在分離體質(zhì)心位置。
3.一種采用權(quán)利要求1平衡重力的級(jí)間分離試驗(yàn)裝置進(jìn)行級(jí)間分離試驗(yàn)方法，其特征 在于1)、測(cè)量分離體(51)、(52)的質(zhì)心，并在質(zhì)心位置設(shè)置轉(zhuǎn)軸(31)、(32)；2)、搭接吊梁(1)，使吊梁⑴的高度L滿(mǎn)足L= d/sin2e，使吊梁⑴的承載能力滿(mǎn) 足分離體(51)、(52)分離動(dòng)靜載荷要求；3)、根據(jù)分離體(51)、(52)質(zhì)心距離，在吊梁(1)上設(shè)置吊點(diǎn)(21)、(22)，并使吊點(diǎn)的 承載能力滿(mǎn)足分離體(51)、(52)分離動(dòng)靜載荷要求；4)、分別將吊具01)、G2)的一端與吊點(diǎn)01)、02)連接，另一端延伸至地面；5)、分別將吊具(41)、(42)的另一端與轉(zhuǎn)軸(31)、(32)連接，調(diào)節(jié)吊具(41)、(42)與 轉(zhuǎn)軸(31)、(32)的連接點(diǎn)，使分離體(51)、(52)在重力的作用下保持平衡，而不發(fā)生繞轉(zhuǎn)軸 (31)、(32)轉(zhuǎn)動(dòng)；6)、將分離體(51)、(52)進(jìn)行裝配聯(lián)接；7)、控制級(jí)間分離系統(tǒng)，使分離體(51)、(52)沿分離面(6)發(fā)生級(jí)間分離。
全文摘要
本發(fā)明提供一種平衡重力的級(jí)間分離試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，它由吊梁1、吊點(diǎn)21、22、轉(zhuǎn)軸31、32和吊具41、42組成。所述吊點(diǎn)21、22設(shè)置在吊梁1上，吊點(diǎn)21、22兩側(cè)的距離與轉(zhuǎn)軸31、32兩側(cè)的距離相等；所述吊具41、42上端與吊點(diǎn)21和22連接，并垂直于吊梁，吊具41、42的下端與轉(zhuǎn)軸31、32連接。采用試驗(yàn)裝置進(jìn)行級(jí)間分離試驗(yàn)方法，搭接吊梁1，使吊梁1的高度L滿(mǎn)足L＝d/sin2θ，使吊梁1的承載能力滿(mǎn)足分離體51、52分離動(dòng)靜載荷要求；分別將吊具41、42的一端與吊點(diǎn)21、22連接，另一端延伸至地面；分別將吊具41、42的另一端與轉(zhuǎn)軸31、32連接，調(diào)節(jié)吊具41、42與轉(zhuǎn)軸31、32的連接點(diǎn)，使分離體51、52在重力的作用下保持平衡，而不發(fā)生繞轉(zhuǎn)軸31、32轉(zhuǎn)動(dòng)。
文檔編號(hào)B64G7/00GK102050230SQ201010537898
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者吳勇, 李欣榮, 胡善剛, 范開(kāi)春 申請(qǐng)人:湖北航天技術(shù)研究院總體設(shè)計(jì)所