[发明专利]航天器铰链非线性载荷-变形关系测量系统及测量方法

说明书

航天器铰链非线性载荷‑变形关系测量系统及测量方法，首先将铰链一端固定，另一端安装弹簧和力传感器构成的载荷施加及测量系统，然后在铰链两端分别安装激光反射镜，放置观察屏，控制激光源产生两束激光束分别发射至两个激光反射镜，分别调节弹簧拉力得到不同弹簧拉力作用在铰链上的力矩载荷、转角变形量，最后根据不同组弹簧拉力对应的力矩载荷以及对应的铰链的转角变形量绘制铰链非线性载荷‑变形关系曲线。

技术领域

本发明涉及一种航天器铰链非线性载荷-变形关系测量系统及测量方法。

背景技术

航天器上使用的大型伸展结构往往采用铰链将板、梁等结构部件连接在一起。当航天器存放于运载火箭整流罩中时，结构处于收拢状态以节省空间，而当航天器进入太空后，结构展开以为航天器提供必要的功能服务。在伸展结构的整个工作过程中，铰链起到约束展开和联结结构的作用，对于伸展结构的动力学特性影响极大。

航天器上使用的铰链结构复杂，由多个主部件、轴承、卡簧、滑动槽、板簧、锁定部件、定位销等部件构成。当处于锁定状态时，铰链中存在多处间隙、多处接触微变形，且在多处存在摩擦，其力学特性表现出复杂的非线性特点。

对于非线性铰链来说，铰链在载荷的作用下会发生微幅的变形，在一般情况下，铰链的变形是铰链内零件之间发生的接触微变形的集合。因此，测量铰链的接触微变形，需要从该方面着手进行。其次，铰链零件之间在载荷施加过程中并未发生实质的位置变化，但就接触局部来说，存在滑－移现象，这也是铰链内部产生的摩擦的主要来源，是铰链迟滞效应的主要来源。而对于铰链零件之间的间隙，在非线性角度看，会产生空程，需要从加载方式上进行解决。

本发明即针对航天器复杂铰链的非线性力学特征，设计了一种新的测量系统及测量方法。本方法利用新的载荷加载方法并采用双路激光测量手段，实现对复杂铰链的非线性力学特征的测量。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了航天器铰链非线性载荷-变形关系测量系统及测量方法，可以测量出航天器复杂铰链在载荷作用下的非线性变形，根据测量数据绘制出铰链的非线性载荷－变形关系曲线，曲线可以显示出铰链的空程、接触微变形和迟滞效应等非线性特点。

本发明的技术解决方案是：航天器铰链非线性载荷-变形关系测量测量方法，包括如下步骤：

(1)将铰链一端固定，另一端安装弹簧和力传感器构成的载荷施加及测量系统，第一弹簧、第二弹簧均与力传感器垂直连接，可以同时施加方向相反的拉力F_正、F_负，测量弹簧与力传感器连接点至铰链中心的距离L₀；

(2)在铰链两端分别安装激光反射镜M₃、M₄，并在弹簧侧放置观察屏，测量反射镜M₃至观察屏之间距离S_A、反射镜M₄至观察屏之间距离S_B，控制激光源产生第一激光束发射至激光反射镜M₃，控制激光源产生第二激光束发射至激光反射镜M₄；

(3)调节弹簧拉力F_正、F_负，当F_正＝F_负时，记录第一激光束和第二激光束在观察屏上的投影点A₁和B₁，调节F_正、F_负，使F_正>0、F_负>0，进而得到不同弹簧拉力F_正、F_负作用在铰链上的力矩载荷M＝|F_正－F_负|L，以及各组不同弹簧拉力F_正、F_负对应的第一激光束投影点Δ_A、第二激光束投影点的变化量Δ_B，进而计算得到铰链的转角变形量