一种高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法技术

本发明专利技术提出了一种高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法，能够精准定位气瓶加压膨胀以及泄压收缩时的质心位置，为确保系统高速拍摄稳定运行提供数据支持和措施保障。本发明专利技术的高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法，第一，利用三点质量测量方法定位气瓶质心位置即非对称性、不规则立体结构的复合材料高压气瓶的实际质心位置；第二，利用梯度式加压、梯度式卸压测量质心的方式实现动载荷作用下膨胀变形和收缩变形引起的质心偏移，精准定位气瓶加压膨胀、卸压收缩时的质心位置，解决了目前高压复合材料气瓶动载荷作用下大变形引发质心随动的高精度测量技术，从而确保卫星系统平稳飞行。

A high precision method for measuring the dynamic load of high pressure composite cylinder

【技术实现步骤摘要】
一种高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法
本专利技术属于质心测量
，尤其涉及一种高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法。
技术介绍
为了确保小型卫星系统能在高速运行过程中供给气体不受气体流动引起质心偏离影响而稳定飞行，采用超静超稳小卫星系统平台，系统对复合材料气瓶在高速运行中的质心控制要求极高，要求无论气瓶在静止状态还是持续供气状态，均要保持质心位置在很小范围内变化，防止因质心偏离较大引起系统的不稳定，一方面气瓶结构为非对称性结构和不规则结构，常规的质心测量方法已不适用该类气瓶，结构的特殊性使质心位置与气瓶中心重合难度较大；另一方面对于复合材料气瓶产品而言，气瓶外部缠绕的复合层属于非金属材料，材料为碳纤维和环氧树脂，复合层的缠绕、固化需靠人工操作和机械化操作配合完成，要求实现对称式缠绕难度很大，导致气瓶整体质心偏移较大，并且在缠绕过程中对质心的调整和控制很难保证。同时由于该气瓶属于复合材料球形高压气瓶，(压力为0.3～0.8MPa)复合材料气瓶结构属于非对称性和不规则的结构，质心和气瓶结构中心一般不重合，同时气瓶复合层外部受碳纤维缠绕线型和环氧树脂流动胶的影响为对称式缠绕工艺带来较大难题，该两种因素容易导致质心调整和控制很难保证，从而对质心测量精度提出了高要求。并且在复合材料高压气瓶在加压、卸压过程会产生较大的膨胀、收缩变形，引起质心变化，质心测量时要求在气瓶动载荷状态下实现大变形气瓶质心的高精度控制(使气瓶在动载荷作用下质心测量精度达到±0.1mm，质偏测量精度达到±0.05mm)。另外，针对高压的高危气瓶的测量，会发生爆炸可能，存在危险隐患，测量的同时要保证人员安全。目前国内还没有专门针对高压复合材料气瓶在动载荷状态下质心变化的测量方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法，能够精准定位气瓶加压膨胀以及泄压收缩时的质心位置，测量过程安全可靠。为实现上述目的，本专利技术的一种气瓶动载荷高精度质心测量方法，包括如下步骤：采用梯度加压、卸压方式实现高压复合材料气瓶动载荷状态下受到加压膨胀变形、泄压收缩变形，利用设置在质心测量台上的按象限角角度成180°对称的三个称重传感器测量变形过程中的气瓶质量，利用激光测距传感器获得质心测量台基准和气瓶基准的相对位移，结合三点质量测量法获得变形过程中的质心位置动态变化；将质心位置动态变化与实际质心位置相加，得到质心位置实时值，实现质心测量。其中，具体包括如下步骤：步骤21.将三个称重传感器按象限角角度成180°对称放置在质心测量平台上，加载称重传感器；观察称重传感器读数稳定后，分别确认并保存0°空载、90°空载、180°空载以及270°空载状态；步骤22.称重传感器卸载；步骤23.将气瓶安装在质心测量平台上；步骤24.待三个称重传感器质量读数稳定后，确认气瓶0°加载；步骤25.利用激光测距传感器获得质心测量平台基准与被测气瓶基准间的相对距离；步骤26.旋转气瓶，通过称重传感器获得气瓶90°加载、180°加载以及270°加载时的气瓶质量；步骤27.将步骤26获得的气瓶质量和步骤25获得的相对距离通过三点质量测量方法计算得出气瓶的质心以及质偏结果；步骤28.对气瓶进行加压、卸压过程质心测量；其中，在每个压力段上按照上述方法完成增压过程的质心测量，并保存记录数据；对气瓶梯度式卸压，按照上述方法完成每个压力段上卸压过程的质心测量，并保存记录数据；步骤29，汇总所有质心测量数据，根据实测气瓶加压、卸压过程时的质心位置变化情况，绘制气瓶压力及质心位置变化曲线。其中，所述三点质量测量方法具体为：OX、OY为质心测量平台参考轴，原点O为质心测量平台的定位中心；H1、H2和H3分别为三个称重传感器距参考轴OX的垂直距离，其中，H3为0，L1、L2以及L3、为三个称重传感器距参考轴OY的垂直距离；设oxyz为气瓶坐标轴，质心测量平台OX轴和气瓶ox轴重合，点C为气瓶在oxy平面的质心位置，有：w＝w1+w2+w3(1)式中w为气瓶质量，w1,w2,w3分别为1,2,3三点处称重传感器的实测值；各点的分质量测出后，根据力和力矩平衡原理在平面OXY内对OX取矩可得气瓶在oxy平面内的径向质心yc为：对OY取矩可得气瓶轴向质心xc为：将气瓶绕x轴转动90°，使气瓶oz轴和装置OY轴平行，同理可得气瓶在oxz平面内的径向质心zc为：式中w′1,w′2分别为气瓶在90°状态时1,2两点处称重传感器的实测值。其中，设气瓶oxy平面和质心测量平台平行，0°时径向质心测量值为180°时径向质心测量值为在0°和180°时的总质量均为w,则有式中分别为气瓶在0°和180°位置测得的称重传感器1,2的质量，则气瓶相对于其中心轴在oxy面的径向质偏y′c为式中分别将气瓶绕x轴转动90°、270°，90°时径向质心测量值为270°时径向质心测量值为在90°和270°时的总质量均为w,则有式中分别为气瓶在90°和270°位置测得的称重传感器1,2的质量，则气瓶相对于其中心轴在oxz面的径向质偏z′c为式中其中，对气瓶进行质心测量前，还包括利用标准件对质心测量台进行标校的过程。有益效果：本专利技术对高压非对称、非规则形状的复合材料气瓶动载荷的质心进行测量，利用梯度式加压、梯度式卸压测量质心的方式实现动载荷作用下膨胀变形和收缩变形引起的质心偏移，确保气瓶在瓶内高压气体重量变化，壳体变形的情况下实现质心仅在很小范围内变化；利用三点质量测量方法定位气瓶质心位置即非对称性、不规则立体结构的复合材料高压气瓶实现质心变化量的测量，其中利用质心测量台通过传感器获得三点质量测量方法的测量参数，通过计算获得实际质心位置，精准定位气瓶加压膨胀、卸压收缩时的质心位置的同时避开危险，实现了非规则高压复合材料气瓶动载荷作用下大变形引发质心随动的高精度测量。本专利技术的质心测量方法方法可推广至同类复合材料高压气瓶的动质心测量，也可推广至其他卫星贮箱或气瓶单机产品的动质心测量。附图说明图1本专利技术为传感器安装位置示意图；图2为本专利技术质心测量空载的装夹示意图；图3为本专利技术安装气瓶后质心测量的装夹示意图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法，待测气瓶具有复合、高压、大变形以及动载荷的特点，通过该方法可以准确定位气瓶在动载荷高压膨胀变形后的质心位置，本专利技术测量方法测量高压复合材料气瓶动载荷气瓶质心精准、安全。本专利技术采用梯度加压、卸压方式实现高压复合材料气瓶动载荷状态下受到加压膨胀变形、泄压收缩变形，利用设置在质心测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法，其特征在于，包括如下步骤：/n采用梯度加压、卸压方式实现高压复合材料气瓶动载荷状态下受到加压膨胀变形、泄压收缩变形，利用设置在质心测量台上的按象限角角度成180°对称的三个称重传感器测量变形过程中的气瓶质量，利用激光测距传感器获得质心测量台基准和气瓶基准的相对位移，结合三点质量测量法获得变形过程中的质心位置动态变化；将质心位置动态变化与实际质心位置相加，得到质心位置实时值，实现质心测量。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用梯度加压、卸压方式实现高压复合材料气瓶动载荷状态下受到加压膨胀变形、泄压收缩变形，利用设置在质心测量台上的按象限角角度成180°对称的三个称重传感器测量变形过程中的气瓶质量，利用激光测距传感器获得质心测量台基准和气瓶基准的相对位移，结合三点质量测量法获得变形过程中的质心位置动态变化；将质心位置动态变化与实际质心位置相加，得到质心位置实时值，实现质心测量。


2.如权利要求1所述的一种气瓶动载荷高精度质心测量方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤21.将三个称重传感器按象限角角度成180°对称放置在质心测量平台上，加载称重传感器；
观察称重传感器读数稳定后，分别确认并保存0°空载、90°空载、180°空载以及270°空载状态；
步骤22.称重传感器卸载；
步骤23.将气瓶安装在质心测量平台上；
步骤24.待三个称重传感器质量读数稳定后，确认气瓶0°加载；
步骤25.利用激光测距传感器获得质心测量平台基准与被测气瓶基准间的相对距离；
步骤26.旋转气瓶，通过称重传感器获得气瓶90°加载、180°加载以及270°加载时的气瓶质量；
步骤27.将步骤26获得的气瓶质量和步骤25获得的相对距离通过三点质量测量方法计算得出气瓶的质心以及质偏结果；
步骤28.对气瓶进行加压、卸压过程质心测量；
其中，在每个压力段上按照上述方法完成增压过程的质心测量，并保存记录数据；对气瓶梯度式卸压，按照上述方法完成每个压力段上卸压过程的质心测量，并保存记录数据；
步骤29，汇总所有质心测量数据，根据实测气瓶加压、卸压过程时的质心位置变化情况，绘制气瓶压力及质心位置变化曲线。


3.根据权利要求1所述的高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法，其特征在于，所述三点质量测量方法具体为：
OX、OY为质心测量平台参考轴，原点O为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉峰，石晓强，赵积鹏，张永和，马天驹，张海，姜玉恒，高永，彭琴，国旗，刘辉，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62