航天多功能结构地面模拟演示验证系统技术方案

本发明专利技术提供了一种航天多功能结构地面模拟演示验证系统，涉及航天器结构设计领域。该系统主要由多功能结构单元(MFSU)、数据处理单元(DPU)、电源管理单元(BMU)、放电负载、地面专检设备、地面专检计算机、地面监控计算机以及显示投影系统等组成，其中MFSU、DPU、BMU等单机与地面专检设备构成了一颗模拟卫星。该系统可实现多功能结构单元的充/放电功能及系统的减振功能演示与验证。本发明专利技术能够全面展示一种集承载、减振与能源等功能于一体的航天多功能结构的各项新功能与新技术，突出其先进复合材料技术、固态锂离子电池技术和结构减振技术，展示其卫星结构与电源分系统一体化融合的优势。

A new ground simulation demonstration system for aerospace multifunction structures

The present invention provides a new concept ground simulation demonstration and verification system for aerospace multifunctional structure, relating to the field of spacecraft structural design. The system is mainly composed of multifunctional structural unit (MFSU), a data processing unit (DPU), power management unit (BMU), discharge load and ground test equipment for special inspection, computer, ground monitoring computer and display projection systems, including MFSU, DPU, BMU and other stand-alone and ground test equipment for a a simulated satellite. The system can realize the charging / discharging function of multi-function structure units and demonstrate and validate the vibration reduction function of the system. The new function of space multi functional structure of the invention can fully display a set of bearing, vibration and energy and other functions in one of the new technology, the advanced composite material technology, solid state lithium ion battery technology and structural vibration technology, demonstrating its satellite structure and power system of integration.

【技术实现步骤摘要】
新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统
本专利技术涉及航天器结构设计
，具体的涉及一种新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统。
技术介绍
近二十年来，伴随着多芯片模块技术、高性能复合材料技术、柔性电路连接技术、先进热控技术等的发展，航天多功能结构技术破茧而出并快速发展。该技术将数据处理、辐射防护、热控、蓄电等功能与航天结构有机融合为一体，实现结构、功能和材料的一体化设计，可以消除传统卫星大量的冗余质量和体积，有效提高卫星的可用空间和有效载荷比，大幅缩短卫星的设计和制造周期，并能有效延长卫星的寿命。欧美等发达国家对多功能结构技术高度重视，进行了一系列基础研究，部分关键技术已经进行了空间飞行试验的演示验证，例如美国航空航天局、洛克希德·马丁空间系统公司和美国空军研究实验室对结构/电子/热控/辐射防护高度集成的多功能结构进行了一系列研究，制备出了高度集成的多功能结构。国内方面，国防科学技术大学、哈尔滨工业大学、东南大学等高校也开展了多功能结构技术的概念设计、分析计算、地面试验和空间飞行试验等研究。目前航天多功能结构技术对结构/电池、结构/电子、结构/电缆、结构/热控、结构/防护等功能的融合均已进行了设计和考虑，相关概念也已提出，但是还没有对结构与减振功能的融合进行研究，相关的实验系统也未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统，该系统解决了现有技术中尚无实验室环境下用于在轨装置演示、充放电和减震功能检测的设备的技术问题。本专利技术提供了一种新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统，包括：舱体，用于模拟在轨航天器，舱体内设置：待演示的多功能结构单元，多功能结构单元贴设于舱体的内壁上，地面专检设备，操作人员通过地面专检设备完成BMU、DPU和飞轮分别与地面专检计算机的指令和遥测数据传输；BMU，用于对多功能结构单元内的锂电池进行充/放电控制，并向DPU传输电信号；DPU，用于采集、存储、处理和传输多功能结构单元的工作参数，并与BMU和多功能结构单元通过电缆进行数据交互；采集卡，用于采集飞轮对多功能结构单元提供加速度后，多功能结构单元产生的加速度信息，并向DPU传输多功能结构单元的加速度信息；飞轮，用于为多功能结构单元提供加速度；舱体外设置：地面专检计算机，用于通过遥测遥控设备与地面专检设备进行遥测遥控信息交互；地面监控计算机，用于存储、分析地面专检计算机输出的电压、温度和加速度数据，并通过电缆将所得处理结果通过投影仪显示。进一步地，地面专检设备包括：主控电路模块，用于对模拟量采集模块、矩阵遥控指令与DR量采集模块、电源变换及控制模块、模拟锂电池输出电压模块和LVDS通信模块进行控制，主控电路模块通过RS232接口与用于对多所得结果进行显示与数据保存的测试计算机进行指令数据交互，主控电路模块与DPU遥测数据指令交互；模拟量采集模块，用于对输入的18路模拟量、双电平量和8路测定多功能结构单元内的电池温量的接收、通道切换、信号调理以及采集，受主控电路模块发出的选通控制信号控制；矩阵遥控指令与DR量采集模块，用于对20路矩阵遥控指令的发送和10路矩阵式继电器开关状态量的遥测采集，并对BMU和DPU进行驱动；电源变换及控制模块，用于将交流电压220V转换为100VDC和30VDC输出，并且通过DC-DC芯片将30V转换为±12V和+5V为地检专用设备供电；模拟锂电池输出电压模块，用于为BMU提供22路多功能结构单元的电池电压信号；LVDS通信模块，用于接收DPU的数传数据，并输出至测试计算机。进一步地，舱体还包括：热辐射器，用于以热量形式向舱体外泄放多功能结构单元能量，热辐射器设置于舱体顶面的外壁上；多个摄像头，用于监控舱体内部情况，设置于多功能结构单元的两相对舱体侧壁上；多个LED显示灯，用于指示多功能单元结构的所处充/放电状态，设置于显示器两相对侧；摄像头、采集卡、地面专检计算机和地面监控计算机之间通过无线通信模块相互通信；BMU、飞轮、采集卡、DPU和地面专检设备容纳于舱体内并相互间隔地设置于舱体的底面上。进一步地，舱体为矩形由括东板、西板、南板、北板、底板和顶板可拆卸地组装而成，顶板、东板、北板的外表面还包覆有热包材料；南板和西板为透明的有机玻璃。进一步地，北板包括北外板和北内板，北外板为回字型板，MFSU通过20个安装螺钉安装在北外板上；北内板为回字型盖板，盖设于MFSU上，北内板的底部设有出线孔。进一步地，舱体还包括设置于东板的显示器，包括东外板与东内板，东外板为回字型板，显示器安装于东外板上，东内板为回字型盖板，盖设于显示器上。进一步地，热辐射器包括用于向外散发热量的锅状辐射器和加热片，锅状辐射器设置于舱体顶上，加热片贴设于锅状辐射器内壁。进一步地，舱体的顶板周缘上设有用于吊起舱体的吊环，舱体的底板周缘上设有脚轮。进一步地，脚轮上设有锁紧手轮和/或脚轮套。本专利技术的技术效果：本专利技术提供的一种新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统，具有充电功能演示、放电功能演示和减振功能演示的功能，能够全面展示和演示多功能结构单元的各项功能与技术，能用于展示多功能结构单元中所用的先进复合材料技术所具有的各项优异性能。对于多功能结构单元中所包含的固态锂离子电池以及该结构所具有的结构减振功能也可以简便的得到展示。充分展示了卫星结构与电源分系统一体化融合的优势。具体请参考根据本专利技术的新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统提出的各种实施例的如下描述，将使得本专利技术的上述和其他方面显而易见。附图说明图1是本专利技术优选实施例新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统的结构示意图；图2是本专利技术优选实施例中舱体立体示意图；图3是本专利技术优选实施例中舱体主视示意图；图4是本专利技术优选实施例中舱体北板拆分示意图；图5是本专利技术优选实施例中舱体东板拆分示意图；图6是本专利技术优选实施例一种新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统的内部设备供电示意图；图7是本专利技术优选实施例一种新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统的内部设备信息流走向示意图；图8；是本专利技术优选实施例中地面专检设备内部连接关系图；图9是本专利技术优选实施例中地面专检设备的内部组成关系及其与新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统间连接关系示意图。图例说明：100、舱体；110、北板；111、北外板；112、北内板；113、出线孔；120、东板；121、东内板；122、东外板；200、MFSU；300、BMU；400、采集卡；410、显示器；420、摄像头；430、LED显示灯；440、热辐射器；450、无线通信模块；500、飞轮；600、DPU；700、地面专检设备；810、地面专检计算机；820、地面监控计算机；830、投影仪。具体实施方式构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。本文中，MFSU——多功能结构单元(Multi-FunctionalStructureUnit)；BMU——电源管理单元(BatteryManageUnit)；DPU——数据处理单元(DataProcessingUnit)。参见图1，本专利技术提供了一种新概念航天多功能结构地面模拟演本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统，包括：舱体，用于模拟在轨航天器，所述舱体内设置：待演示的多功能结构单元，所述多功能结构单元贴设于所述舱体的内壁上，地面专检设备，操作人员通过地面专检设备完成BMU、DPU和飞轮分别与地面专检计算机的指令和遥测数据传输；所述BMU，用于对所述多功能结构单元内的锂电池进行充/放电控制，并向DPU传输电信号；所述DPU，用于采集、存储、处理和传输所述多功能结构单元的工作参数，并与所述BMU和所述多功能结构单元通过电缆进行数据交互；采集卡，用于采集所述飞轮对所述多功能结构单元提供加速度后，所述多功能结构单元产生的加速度信息，并向所述DPU传输所述多功能结构单元的加速度信息；飞轮，用于为所述多功能结构单元提供加速度；所述舱体外设置：地面专检计算机，用于通过遥测遥控设备与所述地面专检设备进行遥测遥控信息交互；地面监控计算机，用于存储、分析所述地面专检计算机输出的电压、温度和加速度数据，并通过电缆将所得处理结果通过投影仪显示。

【技术特征摘要】
1.一种新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统，包括：舱体，用于模拟在轨航天器，所述舱体内设置：待演示的多功能结构单元，所述多功能结构单元贴设于所述舱体的内壁上，地面专检设备，操作人员通过地面专检设备完成BMU、DPU和飞轮分别与地面专检计算机的指令和遥测数据传输；所述BMU，用于对所述多功能结构单元内的锂电池进行充/放电控制，并向DPU传输电信号；所述DPU，用于采集、存储、处理和传输所述多功能结构单元的工作参数，并与所述BMU和所述多功能结构单元通过电缆进行数据交互；采集卡，用于采集所述飞轮对所述多功能结构单元提供加速度后，所述多功能结构单元产生的加速度信息，并向所述DPU传输所述多功能结构单元的加速度信息；飞轮，用于为所述多功能结构单元提供加速度；所述舱体外设置：地面专检计算机，用于通过遥测遥控设备与所述地面专检设备进行遥测遥控信息交互；地面监控计算机，用于存储、分析所述地面专检计算机输出的电压、温度和加速度数据，并通过电缆将所得处理结果通过投影仪显示。2.根据权利要求1所述的一种新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统，其特征在于，所述地面专检设备包括：主控电路模块，用于对模拟量采集模块、矩阵遥控指令与DR量采集模块、电源变换及控制模块、模拟锂电池输出电压模块和LVDS通信模块进行控制，所述主控电路模块通过RS232接口与用于对所得结果进行显示与数据保存的测试计算机进行指令数据交互，所述主控电路模块与所述DPU遥测数据指令交互；所述模拟量采集模块，用于对输入的18路模拟量、双电平量和8路测定所述多功能结构单元内的电池温量的接收、通道切换、信号调理以及采集，受所述主控电路模块发出的选通控制信号控制；所述矩阵遥控指令与DR量采集模块，用于对20路矩阵遥控指令的发送和10路矩阵式继电器开关状态量的遥测采集，并对所述BMU和所述DPU进行驱动；所述电源变换及控制模块，用于将交流电压220V转换为100VDC和30VDC输出，并且通过DC-DC芯片将30V转换为±12V和+5V为所述地检专用设备供电；所述模拟锂电池输出电压模块，用于为所述BMU提供22路所述多功能结构单元的电池电压信号；所述LVDS通信模块，用于接收所述D...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东旭，吴军，范才智，李德湛，刘望，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43