[發明專利]航天器飛行過程中液體晃動造成干擾力的測量裝置

有效

• 申請號: 202110387179.0
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113049165B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 杜德嵩;齊乃明;劉延芳;穆榮軍;霍明英;趙鈞;趙策;馮文煜;周芮
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

航天器飛行過程中液體晃動造成干擾力的測量裝置，解決了現有利用建模仿真獲得液體燃料晃動對航天器本體造成的干擾力和力矩信息的方法難度大、耗時久的問題，屬于六維力測量裝置技術領域。本發明包括六維移動平臺、測量平臺、縱向力及力矩測量系統、旋轉力矩測量系統和橫向力測量系統；測量平臺、縱向力及力矩測量系統、旋轉力矩測量系統、橫向力測量系統、六維移動平臺從上至下依次排布且連接，被測產品放置在測量平臺上，縱向力及力矩測量系統用于測量被測產品所受的Z向力、X向力矩、Y向力矩；旋轉力矩測量系統用于測量被測產品的Z向力矩；橫向力測量系統包括4套測量單元，4套測量單元沿十字方向布局，直接測量X向力和Y向力。

技術領域

本發明涉及一種航天器飛行過程中液體晃動造成的干擾力測量裝置，屬于六維力測量裝置技術領域。

背景技術

在航天器控制系統設計過程中，對航天器所受的干擾力和力矩的信息要充分考慮，否則將直接影響航天器飛行任務的進行。其中，液體燃料航天器在整個航天器系統中占很大的比例，液體燃料航天器在飛行過程中液體燃料晃動對航天器本體造成的干擾力和力矩不可忽視，因此，獲得液體燃料晃動對航天器本體造成的干擾力和力矩信息至關重要。

六維力測量裝置技術目前已經廣泛應用于精密設備加工制造、機器人運動感知等研究過程中，六維力測量裝置通常作為整個系統的重要組成部分，然而對于航天器系統獲得航天器液體晃動造成的干擾力和力矩，將六維力測量系統增添至航天器內部，通過飛行實驗獲得實際數據，成本高昂，不具有可行性；傳統的測量方法通過對液體晃動進行詳細建模或采用商用有限元軟件如Ansys、Abaqus等軟件進行仿真，獲得干擾力和干擾力矩信息，獲得的結果精度完全取決的系統建模的精細程度，同時計算成本高昂。

發明內容

針對現有利用建模仿真獲得液體燃料晃動對航天器本體造成的干擾力和力矩信息的方法難度大、耗時久的問題，本發明提供一種能夠直接測量的航天器飛行過程中液體晃動造成干擾力的測量裝置。

本發明的一種航天器飛行過程中液體晃動造成干擾力的測量裝置，所述測量裝置包括六維移動平臺1和六維力測量裝置2；

六維力測量裝置2設置在六維移動平臺1的頂部；

六維移動平臺1用于模擬航天器真實的飛行狀態；

六維力測量裝置2包括測量平臺2-1、縱向力及力矩測量系統2-2、旋轉力矩測量系統2-3和橫向力測量系統2-4；

縱向力及力矩測量系統2-2位于測量平臺2-1下方，被測航天器產品放置在測量平臺2-1上，縱向力及力矩測量系統2-2，用于測量被測航天器產品所受的Z向力、X向力矩、Y向力矩的信息；

旋轉力矩測量系統2-3位于縱向力及力矩測量系統2-2的下方，與縱向力及力矩測量系統2-2中心固定連接，用于測量被測航天器產品的Z向力矩；

橫向力測量系統2-4位于旋轉力矩測量系統2-3的下方，橫向力測量系統2-4與旋轉力矩測量系統2-3固定連接，橫向力測量系統2-4包括4套測量單元，4套測量單元沿十字方向布局，直接測量X向力和Y向力。

作為優選，所述縱向力及力矩測量系統2-2包括N個一號拉壓式傳感器2-2-1和一號下板,N為大于3的正整數；N個拉壓式傳感器分布設置在一號下板上，測量平臺2-1設置在N個一號拉壓式傳感器2-2-1的頂部，N個拉壓式傳感器用于測量被測航天器產品所受的Z向力、X向力矩、Y向力矩的信息。

作為優選，所述旋轉力矩測量系統2-3包括一個扭矩傳感器2-3-1、圓弧導軌2-3-2和二號下板；