[发明专利]一种高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法

说明书

本发明提出了一种高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法，能够精准定位气瓶加压膨胀以及泄压收缩时的质心位置，为确保系统高速拍摄稳定运行提供数据支持和措施保障。本发明的高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法，第一，利用三点质量测量方法定位气瓶质心位置即非对称性、不规则立体结构的复合材料高压气瓶的实际质心位置；第二，利用梯度式加压、梯度式卸压测量质心的方式实现动载荷作用下膨胀变形和收缩变形引起的质心偏移，精准定位气瓶加压膨胀、卸压收缩时的质心位置，解决了目前高压复合材料气瓶动载荷作用下大变形引发质心随动的高精度测量技术，从而确保卫星系统平稳飞行。

技术领域

本发明属于质心测量技术领域，尤其涉及一种高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法。

背景技术

为了确保小型卫星系统能在高速运行过程中供给气体不受气体流动引起质心偏离影响而稳定飞行，采用超静超稳小卫星系统平台，系统对复合材料气瓶在高速运行中的质心控制要求极高，要求无论气瓶在静止状态还是持续供气状态，均要保持质心位置在很小范围内变化，防止因质心偏离较大引起系统的不稳定，一方面气瓶结构为非对称性结构和不规则结构，常规的质心测量方法已不适用该类气瓶，结构的特殊性使质心位置与气瓶中心重合难度较大；另一方面对于复合材料气瓶产品而言，气瓶外部缠绕的复合层属于非金属材料，材料为碳纤维和环氧树脂，复合层的缠绕、固化需靠人工操作和机械化操作配合完成，要求实现对称式缠绕难度很大，导致气瓶整体质心偏移较大，并且在缠绕过程中对质心的调整和控制很难保证。

同时由于该气瓶属于复合材料球形高压气瓶，(压力为0.3～0.8MPa)复合材料气瓶结构属于非对称性和不规则的结构，质心和气瓶结构中心一般不重合，同时气瓶复合层外部受碳纤维缠绕线型和环氧树脂流动胶的影响为对称式缠绕工艺带来较大难题，该两种因素容易导致质心调整和控制很难保证，从而对质心测量精度提出了高要求。并且在复合材料高压气瓶在加压、卸压过程会产生较大的膨胀、收缩变形，引起质心变化，质心测量时要求在气瓶动载荷状态下实现大变形气瓶质心的高精度控制(使气瓶在动载荷作用下质心测量精度达到±0.1mm，质偏测量精度达到±0.05mm)。另外，针对高压的高危气瓶的测量，会发生爆炸可能，存在危险隐患，测量的同时要保证人员安全。

目前国内还没有专门针对高压复合材料气瓶在动载荷状态下质心变化的测量方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种高压复合材料气瓶动载荷高精度质心测量方法，能够精准定位气瓶加压膨胀以及泄压收缩时的质心位置，测量过程安全可靠。

为实现上述目的，本发明的一种气瓶动载荷高精度质心测量方法，包括如下步骤：

采用梯度加压、卸压方式实现高压复合材料气瓶动载荷状态下受到加压膨胀变形、泄压收缩变形，利用设置在质心测量台上的按象限角角度成180°对称的三个称重传感器测量变形过程中的气瓶质量，利用激光测距传感器获得质心测量台基准和气瓶基准的相对位移，结合三点质量测量法获得变形过程中的质心位置动态变化；将质心位置动态变化与实际质心位置相加，得到质心位置实时值，实现质心测量。

其中，具体包括如下步骤：

步骤21.将三个称重传感器按象限角角度成180°对称放置在质心测量平台上，加载称重传感器；

观察称重传感器读数稳定后，分别确认并保存0°空载、90°空载、180°空载以及270°空载状态；

步骤22.称重传感器卸载；

步骤23.将气瓶安装在质心测量平台上；

步骤24.待三个称重传感器质量读数稳定后，确认气瓶0°加载；

步骤25.利用激光测距传感器获得质心测量平台基准与被测气瓶基准间的相对距离；

步骤26.旋转气瓶，通过称重传感器获得气瓶90°加载、180°加载以及270°加载时的气瓶质量；