[发明专利]航天器空间微小扰动载荷测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天器空间微小扰动载荷测量系统，用于对航天器内部微小扰动载荷在空间六个自由度上的振动信号进行动态测量。

背景技术

目前的航天器大多都属于大型柔性展开式结构，且带有大量的光学元件，它们对指向精度和稳定度均提出了很高的要求。另外在现代航天器姿态控制系统中，反作用、单框架力矩陀螺和太阳翼驱动机构等是其控制系统中的重要元件，它们在提供必要的控制动力的同时也会引起一些有害振动(为简单起见，下面将上述三种系统统称为扰动源)。这些扰动主要由飞轮不平衡、轴承扰动、电机扰动、电机驱动器误差等引起的，其中飞轮不平衡是导致飞轮振动的最主要原因，这些扰动力和扰动力矩会降低太空中精密性仪器的性能指标，因此测量和分析航天器有效载荷扰动的动态特性，对于分析并消除扰动从而提高航天器的姿态控制精度和加强航天器的安全设计有着非常重要的工程意义。

由于航天器扰动源的扰动很小，个别有效载荷如动量轮在空间三个方向只能产生几十毫牛顿甚至几毫牛顿的微弱扰动，要想在具有相对强烈干扰背景噪音的地面实验室中测量此类扰动十分困难，而其对相应传感器的精度要求非常高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种航天器空间微小扰动载荷测量系统，测量并分析航天器运行过程中，扰动源在空间六个自由度上的动态特性，为提高航天器的姿态控制精度和加强航天器的安全设计提供可靠的测试数据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：航天器空间微小扰动载荷测量系统，其特征在于：它由钢架支座、负载盘、一根柔性橡胶拉索、六根拉力钢索、六个压电力传感器、七个静态拉力传感器、六根调力螺杆、一个起重滑轮以及数据采集和处理系统组成；其固定连接关系是：钢架支座和负载盘分别通过六根调力螺杆、六个静态拉力传感器、六根拉力钢索、六个压电力传感器连接在一起，六个调力螺杆的一端通过螺帽和钢架支座相连，六个调力螺杆的另一端分别和六个静态拉力传感器连接，同时六个静态拉力传感器分别和六根拉力钢索一端相连，六根钢索的另一端和六个压电力传感器相连，压电力传感器直接通过螺钉安装在负载盘上；负载盘通过一根柔性橡胶拉索和第七个静态拉力传感器与起重滑轮相连接，各压电力传感器通过信号传输线和数据采集和处理系统相连。

所述的压电力传感器的为压电陶瓷元件。

所述的负载盘为正六边形，在其中心法线方向上与柔性橡胶拉索相连，并通过静态力传感器测量其拉力。

所述的六个压电力传感器两个为一组分别分布在负载盘的三个不相邻顶点的两侧。

所述的钢架支座的上框架为正六边形结构，下框架为四根柱状结构，均匀分布于上框架下方支撑整个结构，并保证其刚度满足动态测试要求。

所述的连接钢架支座和负载盘之间的六根调力螺杆、六个静态拉力传感器、六根拉力钢索、六个压电力传感器分别处于六条直线上；六根调力螺杆分别通过螺帽与钢架支座的上框架的六个边相连，并保证它们与压电力传感器之间的拉力钢索分别与对应框架上的边垂直。

所述的六个静态拉力传感器分别通过钢环与六个调力螺杆具体挂钩装置的一端相连，保障静态拉力传感器不承受弯矩。

采用上述航天器空间微小扰动载荷测量系统测量航天器空间微小扰动载荷的测量方法，其特征在于：将航天器扰动源试件按照姿态要求安装在负载盘上，可以通过起重滑轮调节柔性橡胶拉索的拉力，调节与钢架支座的上框架的六个边分别相连的六个调力螺杆，预紧分别通过六个静态拉力传感器与六个调力螺杆相连的六根拉力钢索，并使每根拉力钢索的预紧力保持一致；这时，通过七个静态拉力传感器可以得到负载盘上的动态载荷与拉力钢索的拉力之间的比例关系；运行扰动源，其扰动载荷产生的扰动通过测量系统会转化为与之成线性比例的拉力钢索的振动信号，压电力传感器将拉力钢索动态拉力信号转换为电压信号，数据采集和处理系统采集和处理各压电力传感器的电压信号，以此为基础可准确分析出航天器扰动源空间微扰动特征。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过测量系统成比例放大微扰动信号，从而使得微扰动信号可以用现有传感进行测量，克服了缺少高精度传感器问题；

2、本发明可以灵活的在三维空间按照扰动源姿态控制要求进行测量；

3、本发明测量装置和被测量试件分离，不需要在被测试件上安装附加设备和传感器，不影响被测试件的动态特征，不损伤被测试件结构，试验完毕后试件还可以正常使用；