本发明专利技术公开了一种含均布陀螺桁架结构的实验装置，包括一号连接件、一号杆、转子、无刷电机、电机连接板、桁架固定板；一号连接件和二号连接件均与一号杆、二号杆、三号杆通过过盈配合拼装成陀螺桁架结构自由端的端面；一号连接件和二号连接件的四接口节点分别连接，所述三号连接件和四号连接件与一号杆、二号杆、三号杆通过过盈配合多次拼装成陀螺桁架单胞，各陀螺桁架单胞以模数形式组成桁架主体结构。无刷电机为桁架结构增加角动量。通过均布陀螺桁架结构抑制桁架的振动属于被动控制，相比PID等控制方式，其优点是反应迅速、成本较低且作用的效果快。用的效果快。用的效果快。
【技术实现步骤摘要】
一种含均布陀螺桁架结构的实验装置
[0001]本专利技术具体涉及一种含均布陀螺桁架结构的实验装置，属振动控制领域。
技术介绍
[0002]实际工程应用中，空间可展桁架结构因其折叠比大、质量轻和刚度高等优点，近年来的应用越来越广泛，而这些大型柔性可折展桁架结构的振动问题也一直是动力学方面的难题，在柔性结构上分布处理器和执行器是常用减振方法之一。飞轮拥有定轴性、进动性和陀螺动力效应等独特的力学特性，且其不消耗燃料，并能提供连续的控制力矩，故被选为常用的结构振动稳定装置的执行机构。但在空间结构中加入飞轮之后会使得整个系统的动力学问题变得更为复杂。PMMA为亚克力或有机玻璃材料的英文缩写，是本次实验与仿真部分的桁架使用材料。
[0003]因此，明确含陀螺装置桁架结构的动力学特性，对其模态进行探究是十分有必要的。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提出一种测量含均布转子桁架结构涡动现象的实验装置，此装置能够测量桁架的固有频率及位移轨迹，实现对桁架结构涡动现象的深入探究。目前航天器所采用的执行机构有喷气推力器，磁力矩器和飞轮等角动量交换装置。其中喷气推力器广泛应用于航天器的轨道与姿态控制中，具有较好的控制效果，但缺点是航天器所携带用于喷气推力器消耗的燃料有限，过度消耗燃料会影响航天器的在轨寿命，且推力器会产生喷气羽流，对航天器上携带的精密仪器产生影响。而磁力矩器则是通过和地球磁场相互作用产生力矩，不需消耗燃料便可以对航天器进行姿态轨道控制，但缺点是产生的控制力矩过小，在地球磁场微弱的高轨上，难以满足多数航天器的控制需求。飞轮通过动量交换的方式实现对航天器振动以及姿态控制，其控制稳定性高，机动灵活，且不需要消耗燃料，使得航天器发射成本大幅度降低，延长了使用寿命。
[0005]但飞轮等角动量交换装置的加入，会影响到桁架等柔性结构的固有特性。前人文献中提到角动量的加入会对梁结构产生以下影响：原先相等的特征值会随着角动量的增大出现分叉现象，且各阶特征值曲线的变化趋势也不相同；原先解耦的各阶振型随着角动量的加入出现耦合现象，使得梁结构发生涡动，而且不同阶的振型分为前涡动和后涡动两种运动形式。但以上分析均基于理论推导，缺少实验的验证。本专利技术的目的是填补这一研究领域的空白，通过实验的方式验证理论的正确性，以更加具象的形式说明柔性结构的涡动。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种含均布陀螺桁架结构的实验装置，包括一号连接件(1)、一号杆(5)、转子(8)、无刷电机(9)、电机连接板(10)、桁架固定板(11)；一号连接件(1)和二号连接件(2)均与一号杆(5)、二号杆(6)、三号杆(7)通过过盈配合拼装成陀螺桁架结构自由端的端面；一号连接件(1)和二号连接件(2)为四接口节点，一号杆(5)为斜向杆，二号杆(6)为水平杆，三号杆
(7)为竖直杆；一号连接件(1)和二号连接件(2)的四接口节点分别连接，所述三号连接件(3)和四号连接件(4)与一号杆(5)、二号杆(6)、三号杆(7)通过过盈配合多次拼装成陀螺桁架单胞，各陀螺桁架单胞以模数形式组成桁架主体结构。电机连接板(10)结构本身带有四个通孔，与桁架单胞固定连接。无刷电机(9)通过螺栓与电机连接板(10)连接在一起，转子(8)和无刷电机(9)通过螺栓连接在一起。桁架固定板(11)与桁架主体结构通过过盈配合固定连接。无刷电机(9)为桁架结构增加角动量。
[0008]根据陀螺进动原理，当均布陀螺桁架结构以角速度ω绕其对称轴高速自转时，若同时以角速度Ω进动，而陀螺力矩为M
G
＝M0＝J
Z
ω
×
Ω。式中J
Z
是陀螺对自转轴z的转动惯量，陀螺力矩会使得均布陀螺桁架结构的模态发生改变，因而均布陀螺桁架结构模态出现涡动现象。
[0009]通过激振器施加激励在最底部的陀螺桁架单胞的一面，测点分别为陀螺桁架中第六个陀螺桁架单胞顶部连接件和顶端单胞顶部连接件。将均布陀螺桁架结构竖立放置于平面，以消除均布陀螺桁架结构自重对实验结果的影响，并将均布陀螺桁架结构底部地面使用螺栓固定。对均布陀螺桁架结构做施加简谐激励，并将所采集的加速度信号进行傅里叶计算展开；为了验证由于角动量的加入桁架结构出现涡动的现象，增加直线桁架固定点的运动轨迹实验，以激振器激振法进行桁架固定点的运动轨迹实验，在固定方向施加单方向激励。
[0010]随着深空探测等工程越发受到重视，可展开桁架的使用率也越来越高，而这种结构在其折展和工作的过程中不可避免的存在振动问题，而振动的根本为同频共振，在可展开桁架结构中加入转子，使得其变为陀螺柔性体。当转子的转速不同时，结构与转子耦合形成的陀螺力矩会改变结构本身的性质，即结构的固有频率发生变化，出现频率分岔的现象，此时该结构的固有频率变分为高频与低频，这样变可选择合适的转速匹配对应的频率，从而降低结构的振动。另一方便结构的振动与转子角动量耦合产的的陀螺力矩本身就是一种抵抗力，在一定程度上降低桁架结构的振动幅值。通过均布陀螺桁架结构抑制桁架的振动属于是被动控制，相比PID等控制方式，其优点是反应迅速、成本较低且作用的效果快。
附图说明
[0011]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意实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。附图中：
[0012]图1为本专利技术所述的均布陀螺桁架结构的实验装置的总体示意图；
[0013]图2为本专利技术所述的桁架结构带有转子的单胞示意图；
[0014]图3为本专利技术所述的转子系统示意图；
[0015]图4为本专利技术所述的四种连接件示意图；
[0016]图5为信号分析系统结构图。
[0017]图中标记为：1
‑
一号连接件，2
‑
二号连接件，3
‑
三号连接件，4
‑
四号连接件，5
‑
一号杆，6
‑
二号杆，7
‑
三号杆，8
‑
转子，9
‑
无刷电机，10
‑
电机连接板，11
‑
桁架固定板。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步描述：
[0019]如图1至4所示，本专利技术所述的一种均布陀螺桁架结构的实验装置，主要包括一号连接件(1)、一号杆(5)、转子(8)、无刷电机(9)、电机连接板(10)、桁架固定板(11)；一号连接件(1)和二号连接件(2)均与一号杆(5)、二号杆(6)、三号杆(7)通过过盈配合拼装成桁架结构自由端的端面；一号连接件(1)和二号连接件(2)为四接口节点，一号杆(5)为斜向杆，二号杆(6)为水平杆，三号杆(7)为竖直杆；一号连接件(1)和二号连接件(2)的四接口节点分别连接，所述三号连接件(3)和四号连接件(4)与一号杆(5)、二号杆(6)、三号杆(7)通过过盈配合多次拼装成桁架的单胞，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种含均布陀螺桁架结构的实验装置，其特征在于：包括一号连接件(1)、一号杆(5)、转子(8)、无刷电机(9)、电机连接板(10)、桁架固定板(11)；一号连接件(1)和二号连接件(2)均与一号杆(5)、二号杆(6)、三号杆(7)通过过盈配合拼装成陀螺桁架结构自由端的端面；一号连接件(1)和二号连接件(2)为四接口节点，一号杆(5)为斜向杆，二号杆(6)为水平杆，三号杆(7)为竖直杆；一号连接件(1)和二号连接件(2)的四接口节点分别连接，所述三号连接件(3)和四号连接件(4)与一号杆(5)、二号杆(6)、三号杆(7)通过过盈配合多次拼装成陀螺桁架单胞，各陀螺桁架单胞以模数形式组成桁架主体结构；电机连接板(10)结构本身带有四个通孔，与桁架单胞固定连接；无刷电机(9)通过螺栓与电机连接板(10)连接在一起，转子(8)和无刷电机(9)通过螺栓连接在一起；桁架固定板(11)与桁架主体结构通过过盈配合固定连接；无刷电机(9)为桁架主体结构增加角动量。2.根据权利要求1所述的一种含均布陀螺桁架结构的实验装置，其特征在于：根据陀螺进动原理，当桁架主体结构以角速度ω绕其对称轴高速自转时，若同时以角速度Ω进动，而陀螺力矩为M
G
＝M0＝J
Z
ω
×
Ω；式中J
Z
是陀螺对自转轴z的转动惯量，陀螺力矩会使得桁架主体结构的模态发生改变，因而均布陀螺桁架结构模态出现涡动现象。3.根据权利要求1所述的一种含均布陀螺桁架...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱霙婧，王艺博，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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