[发明专利]一种空间双稳态薄壁伸展杆扭转刚度测试装置

说明书

本发明涉及一种空间双稳态薄壁伸展杆扭转刚度测试装置，包括水平平台、导轨，夹具组件、静止端模块、旋转端模块、载荷加载模块、扭矩测量模块和扭转角度测量模块，其中导轨位于水平平台上，静止端模块位安装于导轨的一端，旋转端模块安装于导轨的中部，载荷加载模块安装于导轨的另一端；扭矩测量模块用于测量空间双稳态薄壁伸展杆的扭矩，扭转角度测量模块用于测量空间双稳态薄壁伸展杆的扭转角度；双稳态薄壁伸展杆位于静止端模块和旋转端模块之间，并通过夹具进行固定夹紧。本方法具有加载控制精度高、角度测量误差小且测量长度可以调节等优点。

技术领域

本发明属于空间可展开结构技术领域，特别涉及一种空间双稳态薄壁伸展杆扭转刚度测试装置。

背景技术

随着航天事业的快速发展与空间技术的不断进步，空间可展开结构的应用不断增多。双稳态薄壁伸展杆是一类重要的空间可展开结构支撑元件，其可以通过储存的弹性应变能或者是由机械传递驱动等方式在两个结构稳态间变形，实现空间结构的收拢卷曲或展开功能。

典型的空间双稳态薄壁伸展杆包括带状卷尺弹簧支撑杆Storable TubularExtendible Member，STEM、双层带状卷尺弹簧支撑杆bi-STEM、可缠绕管式支撑杆Collapsible Tubular Masts，CTM以及人字形支撑杆Triangular Rollable AndCollapsible，TRAC等。由于这类结构长细比大，抗扭转能力弱，在地面测试这类结构的扭转刚度性能对空间可展开结构的设计和优化至关重要。

目前，一些论文研究已经涉及到空间双稳态薄壁伸展杆扭转刚度测试装置的设计。例如，克里斯托夫·莱克勒克等人设计的扭转刚度测试装置是在装置的旋转端通过使用齿轮传动机构手动控制空间双稳态薄壁伸展杆的扭转角度，而在装置的固定端安装一个扭矩传感器来测量扭矩，空间双稳态薄壁伸展杆的旋转角度则由高速摄像机记录，当杆的一端出现小的局部屈曲时，测试停止，最终得到一条横轴为扭转角度，纵轴为扭矩的曲线，通过计算可得到空间双稳态薄壁伸展杆的扭转刚度C Leclerc,LLWilson,Miguel A.Bessa,S Pellegrino.Characterization of Ultra-Thin Composite TriangularRollable and Collapsible Booms[C].4th AIAA Spacecraft StructuresConference.2017,1)。胡安·费尔南德斯等人利用两根细绳缠绕在一个圆形零件上，圆形零件与空间双稳态薄壁伸展杆直接相连，通过细绳的左右移动来给空间双稳态薄壁伸展杆施加扭矩。每根细绳上都固定一个拉力传感器，扭矩由拉力传感器与力臂相乘所得，而扭转角度则由高速摄像机拍摄所得，通过计算可得到空间双稳态薄壁伸展杆的扭转刚度。(JuanM.Fernandez.Advanced Deployable Shell-Based Composite Booms For SmallSatellite Structural Applications Including Solar Sails[C].4th InternationalSymposium on Solar Sailing.2017,1。

需要指出的是，上述应用于双稳态薄壁空间伸展杆扭转刚度的测试装置多采用重力加载或手动加载等方式，存在加载控制精度低的问题；转角测量多采用单一扭矩传感器或者数字图像相关的方法，存在角度测量误差大的问题。此外，上述装置存在通用性差，用于不同几何尺寸试样时改动较大等不足。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对上述问题，本发明旨在提出一种面向空间可展开结构应用的，针对双稳态薄壁伸展杆扭转刚度进行地面测试的装置。该装置具有加载控制精度高、角度测量误差小且测量长度可以调节等优点。