一种空间飞行器高低温分离试验系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种空间飞行器高低温分离试验系统及方法，用于获取分离第一分离试验件与第二分离试验件时的测试参数，该系统包括：温度试验箱，用于调节环境温度；重力平衡装置，用于为分离试验件提供平衡力；分离体温度控制装置，用于分别调整分离试验件各位置的温度，模拟在轨温度分布；摄像装置，用于测量分离过程中分离试验件的分离位移、分离速度；分离时间测量装置，用于测试分离机构的分离时间；控制器用于控制分离机构的解锁分离，提供同步信号，获取分离位移、分离速度及分离时间，以计算空间飞行器实际分离时的相对速度。本发明专利技术能够适应多种大小和重量分离体的分离试验，测试参数全面、精度高、操作简便、效率高、适应性强、安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间飞行器地面试验
，特别涉及一种空间飞行器高低温分离试验系统及方法。
技术介绍
随着空间飞行器的发展，特别是深空探测任务要求的发展，飞行器朝多组合状态，多飞行工况发展，如探月、探火、载人航天等任务，飞行器均由多器构成，飞行过程中涉及多器分离，研制过程中需开展大量地面分离试验，验证设计的正确性和合理性。目前已有的试验方法主要是常温条件下能够进行分离功能验证和部分分离参数测试，而空间高低温环境，特别是大型舱体存在较大温差条件下会对分离产生影响，必须通过分离试验进行验证，已有试验方法不能同时模拟航天器在高低温条件和失重条件下进行分离试验。本专利技术根据空间飞行器分离地面试验验证的需求而开发，可实现空间飞行器在模拟空间高低温和失重环境下的分离验证试验，精确全面测试分离时间、分离速度和分离姿态等分离参数。目前，没有发现同本专利技术类似的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。(高低温展开试验或解锁试验论文，仅部件级解锁功能验证，航天器间分离或舱段分离为说明)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种空间飞行器高低温分离试验系统及方法，以解决现有的试验方法不能同时模拟航天器在高低温条件和失重条件下进行分离试验的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种空间飞行器高低温分离试验系统，用于获取分离第一分离试验件与第二分离试验件时的测试参数，所述第二分离试验件固定设置在一温度试验箱的底部，分离试验开始前，所述第一分离试验件与第二分离试验件间通过分离机构连接，所述温度试验箱用于调节环境温度；该系统还包括：重力平衡装置、分离体温度控制装置、摄像装置、分离时间测量装置及控制器；所述重力平衡装置与所述第一分离试验件连接并为所述第一分离试验件提供平衡力；所述分离体温度控制装置包括设置于第一分离试验件上的第一温控设备及设置于第二分离试验件上的第二温控设备，用于分别调整所述第一分离试验件与第二分离试验件的温度；所述摄像装置设置于所述第一分离试验件与第二分离试验件的周围，用于拍摄分离过程中的所述第一分离试验件与第二分离试验件，以同步联合测量分离过程中所述第一分离试验件的分离位移、分离速度，并反馈至所述控制器；分离时间测量装置设置于分离机构所在处的分离面上，用于测试分离机构的分离时间，并反馈至所述控制器；所述控制器用于在分离试验开始时控制所述分离机构的打开及在分离试验结束后控制所述分离机构的锁紧，以及采集所述分离位移、分离速度及分离时间，以计算空间飞行器实际分离时的相对速度。较佳地，所述重力平衡装置包括配重构件、滑轮及吊绳，所述吊绳挂设在滑轮上，所述吊绳一端与所述第一分离试验件连接，另一端与所述配重构件连接，所述配重构件的重量与所述第一分离试验件的重量相等以为所述第一分离试验件输出平衡力，所述缓冲垫设置在所述配重构件的下方，用于在分离试验结束后为所述配重构件提供缓冲。较佳地，所述重力平衡装置与所述第一分离试验件的连接处设置有万向节，所述万向节置于所述第一分离试验件的质心处；同时所述重力平衡装置间还设有安全保护绳，所述安全保护绳与第一分离试验件连接，用于对分离时的第一分离试验件的运动姿态进行限位。较佳地，所述温度试验箱的侧面设有4个观察窗，对应地，4个所述摄像装置设于箱外的所述观察窗处，摄像装置同步联合测试分离过程中所述第一分离试验件在三个方向上的分离位移、分离速度。较佳地，所述第一温控设备及第二温控设备均包括：温度传感器、加热组件及隔热组件，所述温度传感器及加热组件设于待调节温度的分离试验件表面，所述隔热组件包覆于所述温度传感器及加热组件的外部。6.一种空间飞行器高低温分离试验方法，用于获取分离第一分离试验件与第二分离试验件时的测试参数，其特征在于，包括以下内容：(A)将所述第二分离试验件固定设置在温度试验箱的底部，分离试验开始前，第一分离试验件与第二分离试验件间通过分离机构连接；(B)通过所述温度试验箱控制试验环境为基础温度，以及通过设置于第一分离试验件与第二分离试验件上的分离体温度控制装置控制第一分离试验件与第二分离试验件为飞行环境下分离时刻工况的温度值；(C)控制器控制分离机构解锁分离，采用分离时间测量装置测试分离面处各分离机构的分离时间；并控制第一分离试验件以预设速度分离，同时采用重力平衡装置在分离期间为所述第一分离试验件提供平衡力；(D)采用设置于所述第一分离试验件与第二分离试验件周围的摄像装置测试分离期间的所述第一分离试验件的分离位移、分离速度，并反馈至所述控制器；(E)完成分离过程参数测试后，采用重力平衡装置进行对所述第一分离试验件的减速缓冲，并在所述第一分离试验件返回至所述分离面位置后控制所述分离机构的锁定；(G)控制器采集所述分离位移、分离速度及分离时间，以计算空间飞行器实际分离时的相对速度。较佳地，调节配重的重量使其与所述第一分离试验件的重量相等，从而使重力平衡装置在分离期间为所述第一分离试验件提供平衡力。较佳地，将所述重力平衡装置与所述第一分离试验件间设置安全保护绳，以及在所述重力平衡装置与所述第一分离试验件的连接处设置万向节，所述万向节置于所述第一分离试验件的质心处。较佳地，分离体温度控制装置采用加热组件与隔热组件配合或与红外组件配合，采用分区加热形式及闭环控制形式控制所述第一分离试验件与第二分离试验件的温度。较佳地，计算空间飞行器实际分离时的相对速度具体为：基于分离期间所述第一分离试验件的加速度及角加速度，控制器按照下式推导计算空间飞行器实际分离时的相对速度V：其中，V0为分离期间所述第一分离试验件的速度；m1为分离期间所述第一分离试验件的质量；m2为所述第二分离试验件的质量，m为所述第一分离试验件、吊点调节装置及悬吊装置的重量和。本专利技术系统及方法具有以下有益效果：(1)采用温度试验箱和分离体温度控制装置配合使用，控制分离试验件的温度，模拟空间飞行器在轨分离时刻高低温环境条件，温度可分区独立调节，温度控制精确，操作简便，调节范围宽，实现较宽温度范围的精确控制；(2)采用配重配合滑轮组吊挂方法，实现重力平衡，实现失重环境的模拟，机构简单，环境适应性强，操作简便；(3)重力平衡系统与分离试验件连接处为质心位置，并设置低摩擦万向节，为分离姿态的精确测量提供条件，采用安全保护装置，保证分离试验过程安全可靠；(4)采用分离时间测量系统和高速摄影系统对分离时间、位移、分离速度和分离姿态进行测量，实现分离参数的系统全面高精度测试；采用通用测试设备，适应性强，设备应用效率高。本专利技术通过配重调整等环境的适当调整，能够适应多种大小和重量分离体的分离试验，取得了测试参数全面、精度高、操作简便、效率高、适应性强、安全可靠等效益。附图说明图1为本专利技术优选实施例的空间飞行器高低温分离试验系统示意图；图2为优选实施例的分离体温度控制装置结构示意图；图3为优选实施例的摄像装置布局示意图。具体实施方式为更好地说明本专利技术，兹以一优选实施例，并配合附图对本专利技术作详细说明，具体如下：如图1所示，本实施例提供的空间飞行器高低温分离试验系统，包括温度试验箱1、重力平衡装置2、分离机构3、分离体温度控制装置4、摄像装置6、分离时间测量装置5及控制器(图中未示出)。该分离试验系统用于获取第一分离试验件A与第二分离试验件B在进行高低温分离试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间飞行器高低温分离试验系统，其特征在于，用于获取第一分离试验件与第二分离试验件在进行高低温分离试验时的测试参数，所述第二分离试验件固定设置在一温度试验箱的底部，分离试验开始前，所述第一分离试验件与第二分离试验件间通过分离机构连接，所述温度试验箱用于调节环境温度；该系统还包括：重力平衡装置、分离体温度控制装置、摄像装置、分离时间测量装置及控制器；所述重力平衡装置与所述第一分离试验件连接并为所述第一分离试验件提供平衡力；所述分离体温度控制装置包括设置于第一分离试验件上的第一温控设备及设置于第二分离试验件上的第二温控设备，用于分别调整所述第一分离试验件与第二分离试验件的温度分布，以模拟在轨温度条件；所述摄像装置设置于所述第一分离试验件与第二分离试验件的周围，用于拍摄分离过程中的所述第一分离试验件与第二分离试验件，以同步联合测量分离过程中所述第一分离试验件在三个方向上的分离位移、分离速度，并反馈至所述控制器；分离时间测量装置设置于分离机构所在处的分离面上，用于测试分离机构的分离时间，并反馈至所述控制器；所述控制器用于在分离试验开始时控制所述分离机构的打开及在分离试验结束后控制所述分离机构的锁紧，以及采集所述分离位移、分离速度及分离时间，以计算空间飞行器实际分离时的相对速度。...

【技术特征摘要】
1.一种空间飞行器高低温分离试验系统，其特征在于，用于获取第一分离试验件与第二分离试验件在进行高低温分离试验时的测试参数，所述第二分离试验件固定设置在一温度试验箱的底部，分离试验开始前，所述第一分离试验件与第二分离试验件间通过分离机构连接，所述温度试验箱用于调节环境温度；该系统还包括：重力平衡装置、分离体温度控制装置、摄像装置、分离时间测量装置及控制器；所述重力平衡装置与所述第一分离试验件连接并为所述第一分离试验件提供平衡力；所述分离体温度控制装置包括设置于第一分离试验件上的第一温控设备及设置于第二分离试验件上的第二温控设备，用于分别调整所述第一分离试验件与第二分离试验件的温度分布，以模拟在轨温度条件；所述摄像装置设置于所述第一分离试验件与第二分离试验件的周围，用于拍摄分离过程中的所述第一分离试验件与第二分离试验件，以同步联合测量分离过程中所述第一分离试验件在三个方向上的分离位移、分离速度，并反馈至所述控制器；分离时间测量装置设置于分离机构所在处的分离面上，用于测试分离机构的分离时间，并反馈至所述控制器；所述控制器用于在分离试验开始时控制所述分离机构的打开及在分离试验结束后控制所述分离机构的锁紧，以及采集所述分离位移、分离速度及分离时间，以计算空间飞行器实际分离时的相对速度。2.根据权利要求1所述的空间飞行器高低温分离试验系统，其特征在于，还包括缓冲垫，所述重力平衡装置包括配重构件、滑轮及吊绳，所述吊绳挂设在滑轮上，所述吊绳一端与所述第一分离试验件连接，另一端与所述配重构件连接，所述配重构件的重量与所述第一分离试验件的重量相等以为所述第一分离试验件输出平衡力，所述缓冲垫设置在所述配重构件的下方，用于在分离试验结束后为所述配重构件提供缓冲。3.根据权利要求1所述的空间飞行器高低温分离试验系统，其特征在于，所述重力平衡装置与所述第一分离试验件的连接处设置有万向节，所述万向节置于所述第一分离试验件的质心处；同时所述重力平衡装置间还设有安全保护绳，所述安全保护绳与第一分离试验件连接，用于对分离时的第一分离试验件的运动姿态进行限位。4.根据权利要求1所述的空间飞行器高低温分离试验系统，其特征在于，所述温度试验箱的侧面设有4个观察窗，对应地，4个所述摄像装置设于箱外的所述观察窗处，摄像装置同步联合测试分离过程中所述第一分离试验件的分离位移、分离速度。5.根据权利要求1所述的空间飞行器高低温分离试验系统，其特征在于，所述第一温控设备及第二温控设备均包括：温度传感器、加热组件及隔热组件，所述温度传...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金童，唐杰，张玉花，雷雨，吴昊，李鹏，胡震宇，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31