[发明专利]姿控发动机羽流对大型太阳能电池翼气动力的测量装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种高真空条件下测量姿控发动机羽流撞击大型太阳能电池翼气动力的测量装置，属于航天器环境模拟试验技术和姿控发动机羽流气动力效应试验测量技术领域。

【背景技术】

卫星、飞船、空间站等航天器上有许多用于调整航天器姿态的发动机，这些姿控发动机工作时的喷流在真空条件下会迅速膨胀形成真空羽流，真空羽流撞击到航天器的大型太阳能电池翼上会形成羽流气动力效应。由于航天器上太阳能电池翼数量较多，不可能全部安装在航天器的质心处，也不可能完全对称布置，又因为太阳能电池翼质心与航天器质心间存在距离且受力不对称，真空羽流对太阳能电池翼的气动力或气动力矩会对整个航天器的质心产生附加气动力矩，给航天器的姿态调整带来影响，进而增加航天器调姿的推进剂消耗、降低航天器寿命。

国内外对姿控发动机羽流撞击大型太阳能电池翼的等比例气动力试验研究较少，大多以羽流撞击平板的缩比试验代替，通常测量平板表面若干点的压强分布，通过积分获得羽流对平板的气动力和气动力矩。由于各点测量本身的误差会积累到总的气动力或力矩上，且结构简化带来的积分误差难以估计，所以该方法对姿控发动机撞击太阳能电池翼的气动力测量的系统误差不可避免。实际上工程应用中关心的只是整体气动力或气动力矩对太阳能电池翼或航天器的影响，所以在试验测量中应直接测量气动力，获得更真实可靠的数据。

图1为典型的航天器、姿控发动机和大型太阳能电池翼的外形和位置示意图，对于150N级姿控发动机来说其对大型太阳能电池翼沿X方向和Y方向两个方向的气动力Fx和Fy大小在10N量级，是对电池翼影响最大的两个分力，也是工程应用中最关心的两个分力，而太阳能电池翼及附属装置的重力在几百牛量级，如何克服系统重力对气动力测量的影响成为试验测量中必需考虑的问题，另外10N量级的小当量气动力测量如何保证测量精度，在试验方案设计中也应认真考虑。

姿控发动机和大型太阳能电池翼的在轨工作高度大于100Km，该高度下空间温度低于4K、真空度低于2.5×10^-3Pa，需在地面试验舱中营造类似的冷黑环境。目前国内外在地面试验舱中模拟冷黑环境的设备为液氮和液氦热沉，采用深冷吸附原理抽除冷凝温度比热沉自身温度高的气体，热沉的抽气能力与热沉表面的温度和表面积成线性关系。通过在热沉表面喷涂黑漆来保证其对太阳光的吸收率和热沉本身的发射率，实现模拟太空中“黑”的功能。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种用于姿控发动机羽流撞击大型太阳能电池翼的气动力测量的试验装置，从真空羽流撞击大型太阳能电池翼产生气动力效应对航天器影响程度的工程应用出发，首次提出了姿控发动机羽流对大型太阳能电池翼气动力测量的试验方案。试验时依靠模拟试验舱内千万升每秒的液氦热沉、并在热沉表面涂特制黑漆来模拟姿控发动机在轨工作高度太空的“冷黑”环境。

姿控发动机羽流撞击大型太阳能电池翼的试验装置安装在能满足试验环境的地面试验舱中。如图2所示，试验件包括推进剂管路(3)、姿控发动机(5)和大型太阳能电池翼(6)，测量Fx方向气动力的装置包括顶丝(8)、第一位移传感器(10)、承重弹簧(13)和第一校准推力器(19)，测量Fy方向气动力的装置包括上枢轴(2)、下枢轴(11)、第二校准推力器(15)和第二位移传感器(16)。

本发明的积极效果在于：(1)用可调节弹簧机构克服重力对小当量气动力测量的影响；(2)用极距变化型位移传感器测量位移间接测量气动力数值的大小；(3)采用高精度的电磁力标定装置对测量系统进行原位标定，标定过程消除了系统误差对测量精度的影响，测量误差仅包括位移传感器和校准推力器自身误差，测量精度较高。

【附图说明】

图1航天器上大型太阳能电池翼、姿控发动机与航天器质心外形、位置示意图

图2姿控发动机羽流对大型太阳能电池翼气动力测量示意图

图中：1-上枢轴支架，2-上枢轴，3-推进剂管路，4-姿控发动机支架，5-姿控发动机，6-大型太阳能电池翼，7-底盘，8-顶丝(2个)，9-第一位移传感器测控线，10-第一位移传感器，11-下枢轴，12-下枢轴支架，13-承重弹簧(2个)，14-第二校准推力器测控线，15-第二校准推力器，16-第二位移传感器，17-第二位移传感器测控线，18-第二位移传感器支架，19-第一校准推力器，20-第一位校准推力器测控线，22-航天器

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步说明。