專利名稱：一種水平方向上的超低頻模態(tài)試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超低頻模態(tài)試驗裝置。
背景技術(shù)：
隨著航天航空技術(shù)的飛速發(fā)展，低頻、超低頻模態(tài)測試分析的需求日益增多。為了 使航天器設(shè)計時有準(zhǔn)確的模態(tài)參數(shù)可供參考，以避免引起共振等不必要的錯誤，必須對航 天器進行模態(tài)分析試驗。模態(tài)分析試驗在對結(jié)構(gòu)件進行激振激勵的試驗的基礎(chǔ)上來測試結(jié) 構(gòu)體包括航天器結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性、固有頻率、模態(tài)振型和阻尼、廣義質(zhì)量、廣義剛度等。
失重是太空環(huán)境的一個主要特征，對于垂直方向上的模態(tài)測試試驗，懸吊裝置垂 直方向上的剛體運動頻率要低于試件基頻一個數(shù)量級是一個得到普遍認(rèn)可的原則。目前， 美國CSA工程公司已經(jīng)成型的模態(tài)試驗懸掛系統(tǒng)型號為60350-DA,國內(nèi)改為自行研制模態(tài) 裝置系統(tǒng)，申請?zhí)枮?00710071515. O的“氣浮磁動無摩擦懸吊裝置”公布了一種能滿足頻 率準(zhǔn)則、附加質(zhì)量足夠小、非線性影響小、測試精度高的垂直方向模態(tài)懸吊裝置，申請?zhí)枮?201020214510. 6的“超低頻模態(tài)試驗懸掛系統(tǒng)”做了進一步改進，公布了一種全數(shù)字式控 制、提高工作頻率、提升控制精度，并降低附加部件對模態(tài)試驗的影響的超低頻模態(tài)試驗懸 掛系統(tǒng)。
對于水平方向上的模態(tài)試驗，自由-自由邊界條件的主要約束為摩擦力、附加質(zhì) 量的慣性影響和鐘擺效應(yīng)，懸掛裝置須平衡被測對象重力，達到平面跟隨運動基本無約束。 如太陽翼由數(shù)塊太陽電池板相互鉸接組成，當(dāng)衛(wèi)星入軌后，由貼合狀態(tài)展成一個平面的太 陽電池陣，對展開后的太陽電池板需進行水平方向的模態(tài)測試。為了得到水平方向的模態(tài) 試驗，通常都是將帶測件旋轉(zhuǎn)90°，再利用已有的垂直方向的超低模態(tài)試驗懸掛系統(tǒng)進行 測試，但是對于懸掛復(fù)雜、容易損壞的的待測件來說，這種方法并不完善，更不適用于側(cè)面 通過鉸鏈連接的數(shù)塊太陽電池陣，目前還沒有成熟的水平方向超低頻模態(tài)試驗裝置。發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)無法消除水平方向自由-自由邊界約束條件對模態(tài)試驗的影 響的不足，本發(fā)明提供一種平面運動基本無約束的、無摩擦力和慣性力影響、不產(chǎn)生附加力 影響的水平方向上的超低頻模態(tài)試驗裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種水平方向上的超低頻模態(tài)試驗裝置，包括氣浮平板、氣浮墊、氣浮架、拉繩和無摩 擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置，其中，無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置包括氣浮軸、氣浮套、底座和固定座，所述氣浮 架呈十字架形，所述氣浮墊安裝在氣浮架的四個角上，所述氣浮墊放置在氣浮平板上，所述 氣浮架中心及四個角上有貯氣腔，端蓋安裝在氣浮架中心貯氣腔的上端，所述端蓋通過氣 管與氣浮架四個角上的貯氣腔連通，底蓋安裝在氣浮架中心貯氣腔的底端，所述氣浮平板 的中心有圓形通孔，所述拉繩固定端安裝在太陽電池板的吊掛點上，所述拉繩穿過氣浮平 板中心的通孔兩端分別與底蓋和拉繩固定端連接，所述無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置通過固定座安裝在兩塊太陽電池板的旋轉(zhuǎn)軸心上，所述氣浮座通過固定座與一塊太陽電池板固定，所述 氣浮軸通過固定座與另一塊相鄰的太陽電池板固定，對于同一塊太陽電池板而言，上部一 端安裝氣浮軸，上部另一端安裝氣浮套，所述氣浮軸與氣浮套之間通過氣管連接，所述氣管 中間有支路通過底蓋與氣浮架中心貯氣腔相通。
優(yōu)選的，所述氣浮套包括氣浮套座和微孔材料層，所述氣浮軸套裝在氣浮套內(nèi)， 所述氣浮軸與氣浮套之間存在微小間隙，所述氣浮軸與氣浮套配合面呈錐形，所述底座與 氣浮套底面固定，所述微孔材料層固定在氣浮套座內(nèi)壁上且與氣浮套座之間形成進氣高壓 腔，所述氣浮套座上有氣浮進氣孔且與進氣高壓腔相通，所述氣浮套座底部有供氣進氣口， 所述氣浮軸底部與氣浮套座、底座形成高壓腔，所述進氣口與高壓腔相通，所述氣浮軸中心 打盲孔與頂部出氣口相通，所述氣浮套座上有卸氣孔，所述卸氣孔在氣浮套座圓周方向均 布且與氣浮軸與氣浮套形成的間隙相通，所述卸氣孔所在圓周上有圈凹形卸氣槽，所述卸 氣孔與微孔材料層及氣浮套進氣孔相互隔離。當(dāng)然，所述氣浮套也可以選用其他形式。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在將氣浮墊安裝在氣浮架的四個角上，氣浮墊的下 方為一塊面積較大的氣浮平板，氣浮平板中心有圓形通孔，太陽帆板通過拉繩和氣浮架固 定，氣浮平板支撐著氣浮架在氣浮平板中心圓形通孔的范圍內(nèi)平面移動和轉(zhuǎn)動，氣浮架的 有效行程為氣浮平板中心圓形通孔的直徑，構(gòu)成一套氣浮隨動裝置。氣浮架采用輕質(zhì)設(shè)計， 降低附加質(zhì)量的慣性影響，氣浮墊與氣浮平板之間無約束摩擦力，因而不引入會改變試件 模態(tài)振型的動態(tài)約束力從而確保在模態(tài)試驗中測試數(shù)據(jù)有效、可信。在太陽電池板上安裝 旋轉(zhuǎn)供氣裝置為氣浮隨動裝置供氣，實現(xiàn)了連續(xù)供氣且無氣管擾動影響。


圖1是一種水平方向上的超低頻模態(tài)試驗裝置示意圖。
圖2是無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置示意圖。
圖3是無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置原理圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
參照圖f圖3，一種水平方向上的超低頻模態(tài)試驗裝置，包括氣浮平板1、氣浮墊2、氣浮架4、端蓋6、底蓋8、拉繩固定端14、拉繩9、氣管10及12、無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置15， 其中，無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置15包括氣浮軸19、氣浮套20和底座18。所述氣浮架4呈十字 架形，所述氣浮墊2安裝在氣浮架4的四個角上，所述氣浮墊2放置在氣浮平板I上，所述 氣浮架4中心及四個角上有貯氣腔7和3，所述端蓋6安裝在氣浮架中心貯氣腔7的上端， 所述端蓋6通過氣管與氣浮架4四個角上的貯氣3腔連通，所述底蓋8安裝在氣浮架中心 貯氣腔7的底端，所述氣浮平板I的中心有圓形通孔，所述拉繩固定端14安裝在太陽電池 板13的吊掛點上，所述拉繩9穿過氣浮平板中心的通孔兩端分別與底蓋8和拉繩固定端14 連接，所述無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置15通過左固定座11、右固定座16安裝在兩塊太陽電池板的 旋轉(zhuǎn)軸心上，所述氣浮座20通過固定座與一塊太陽電池板固定，所述氣浮軸19通過固定座 與另一塊相鄰的太陽電池板固定，對于同一塊太陽電池板而言，上部一端安裝氣浮軸19,另 一端安裝氣浮套20，所述氣浮軸19與氣浮套20之間通過氣管12連接，所述氣管12中間有支路10通過底蓋8與氣浮架中心貯氣腔7相通。
進一步，所述無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置15的氣浮套由氣浮套座和微孔材料層22組成。 所述氣浮軸19套裝在氣浮套20內(nèi)，所述氣浮軸19與氣浮套20之間存在微小間隙，所述氣 浮軸19與氣浮套20配合面呈錐形，所述底座18與氣浮套20底面固定，所述微孔材料層22 固定在氣浮套座內(nèi)壁上且與氣浮套座之間形成進氣高壓腔26，所述氣浮套座上有氣浮進氣 孔24且與進氣高壓腔26相通，所述氣浮套座底部有供氣進氣口 25，所述氣浮軸19底部與 氣浮套座、底座18形成高壓腔28，所述進氣口 25與高壓腔28相通，所述氣浮軸19中心打 盲孔23與頂部出氣口 27相通，所述氣浮套座上有卸氣孔21，所述卸氣孔21在氣浮套座圓 周方向均布且與氣浮軸19與氣浮套20形成的間隙相通，所述卸氣孔21所在圓周上有圈凹 形卸氣槽，所述卸氣孔21與微孔材料22層及氣浮套進氣孔24不相通。
本實施例中，太陽翼由數(shù)塊太陽電池板相互鉸接組成，由貼合狀態(tài)展成一個平面 的太陽電池陣，太陽電池板展開后再進行水平方向超低頻模態(tài)試驗，每塊太陽電池板單獨 通一組模態(tài)試驗裝置相連，為了避免氣管繁多、對模態(tài)試驗產(chǎn)生擾動影響，在太陽電池板上 安裝旋轉(zhuǎn)供氣裝置為氣浮墊供氣，無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置通過固定座安裝在兩塊太陽電池板 的旋轉(zhuǎn)軸心上，其中氣浮座通過固定座與一塊太陽電池板固定，氣浮軸通過固定座與另一 塊相鄰的太陽電池板固定，對于同一塊太陽電池板而言，上部一端安裝氣浮軸，另一端安裝 氣浮套，氣浮軸與氣浮套之間通過氣管連接，氣管中間有支路通過底蓋與氣浮架中心貯氣 腔相通將高壓氣體引出，氣浮架中心貯氣腔再與四個角上的貯氣腔連通，從而為氣浮墊供 氣，氣管與太陽電池板和氣浮架之間無相對運動故沒有擾動影響。
無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置是根據(jù)氣浮軸承原理設(shè)計，實現(xiàn)氣浮軸承與氣浮套之間 無摩擦旋轉(zhuǎn)，再通過特殊供氣方式，將高壓氣體從氣浮套引入從氣浮軸引出。因此高壓氣體 就從一塊板傳遞到另一塊板上，不受氣管旋轉(zhuǎn)彎曲擾動。無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣的氣浮套座上氣 浮進氣孔與供氣進氣口采用同一高壓氣源供氣，進氣高壓腔內(nèi)的高壓氣體經(jīng)微孔材料表面 或者節(jié)流小孔在氣浮套與氣浮軸間隙內(nèi)形成氣膜，底部高壓腔內(nèi)的氣體大部分經(jīng)氣浮軸中 心孔從出氣口流出，小部分進入氣浮套與氣浮軸的間隙內(nèi)，氣浮套架上有泄氣孔孔，進入間 隙的高壓氣體經(jīng)過阻尼密封后從卸氣孔排出，氣浮軸與氣浮套間隙的一端與大氣相通，另 一端有卸氣孔，因此間隙內(nèi)存在壓力梯度，進入間隙內(nèi)的氣體一部分從間隙一側(cè)流出，另一 部分通過卸氣槽排出。采用錐形氣浮裝置是因為錐形氣浮裝置可抗一定的軸向力，防止底 部高壓腔內(nèi)高壓氣體作用在氣浮軸上而增加附加力或?qū)е職飧≥S竄動。
權(quán)利要求
1.一種水平方向上的超低頻模態(tài)試驗裝置，其特征在于包括氣浮平板、氣浮墊、氣浮架、拉繩和無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置，其中，無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置包括氣浮軸、氣浮套、底座和固定座，所述氣浮架呈十字架形，所述氣浮墊安裝在氣浮架的四個角上，所述氣浮墊放置在氣浮平板上，所述氣浮架中心及四個角上有貯氣腔，端蓋安裝在氣浮架中心貯氣腔的上端，所述端蓋通過氣管與氣浮架四個角上的貯氣腔連通，底蓋安裝在氣浮架中心貯氣腔的底端， 所述氣浮平板的中心有圓形通孔，所述拉繩固定端安裝在太陽電池板的吊掛點上，所述拉繩穿過氣浮平板中心的通孔兩端分別與底蓋和拉繩固定端連接，所述無摩擦旋轉(zhuǎn)供氣裝置通過固定座安裝在兩塊太陽電池板的旋轉(zhuǎn)軸心上，所述氣浮座通過固定座與一塊太陽電池板固定，所述氣浮軸通過固定座與另一塊相鄰的太陽電池板固定，對于同一塊太陽電池板而言，上部一端安裝氣浮軸，上部另一端安裝氣浮套，所述氣浮軸與氣浮套之間通過氣管連接，所述氣管中間有支路通過底蓋與氣浮架中心貯氣腔相通。
2.如權(quán)利要求1所述的水平方向上的超低頻模態(tài)試驗裝置，其特征在于所述氣浮套包括氣浮套座和微孔材料層，所述氣浮軸套裝在氣浮套內(nèi)，所述氣浮軸與氣浮套之間存在微小間隙，所述氣浮軸與氣浮套配合面呈錐形，所述底座與氣浮套底面固定，所述微孔材料層固定在氣浮套座內(nèi)壁上且與氣浮套座之間形成進氣高壓腔，所述氣浮套座上有氣浮進氣孔且與進氣高壓腔相通，所述氣浮套座底部有供氣進氣口，所述氣浮軸底部與氣浮套座、底座形成高壓腔，所述進氣口與高壓腔相通，所述氣浮軸中心打盲孔與頂部出氣口相通，所述氣浮套座上有卸氣孔，所述卸氣孔在氣浮套座圓周方向均布且與氣浮軸與氣浮套形成的間隙相通，所述卸氣孔所在圓周上有圈凹形卸氣槽，所述卸氣孔與微孔材料層及氣浮套進氣孔相互隔離。
全文摘要
一種水平方向上的超低頻模態(tài)試驗裝置，氣浮架呈十字架形，氣浮墊安裝在氣浮架的四個角上，氣浮墊放置在氣浮平板上，氣浮架中心及四個角上有貯氣腔，端蓋安裝在氣浮架中心貯氣腔的上端，端蓋通過氣管與氣浮架四個角上的貯氣腔連通，底蓋安裝在氣浮架中心貯氣腔的底端，氣浮平板的中心有圓形通孔，拉繩固定端安裝在太陽電池板的吊掛點上，拉繩穿過氣浮平板中心的通孔兩端分別與底蓋和拉繩固定端連接。本發(fā)明平面運動基本無約束的、無摩擦力和慣性力影響、不產(chǎn)生附加力影響。
文檔編號G01M7/02GK103063391SQ20121059374
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者單曉杭, 孫建輝, 周海清 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)