[发明专利]一种含均布陀螺桁架结构的实验装置

说明书

本发明公开了一种含均布陀螺桁架结构的实验装置，包括一号连接件、一号杆、转子、无刷电机、电机连接板、桁架固定板；一号连接件和二号连接件均与一号杆、二号杆、三号杆通过过盈配合拼装成陀螺桁架结构自由端的端面；一号连接件和二号连接件的四接口节点分别连接，所述三号连接件和四号连接件与一号杆、二号杆、三号杆通过过盈配合多次拼装成陀螺桁架单胞，各陀螺桁架单胞以模数形式组成桁架主体结构。无刷电机为桁架结构增加角动量。通过均布陀螺桁架结构抑制桁架的振动属于被动控制，相比PID等控制方式，其优点是反应迅速、成本较低且作用的效果快。

技术领域

本发明具体涉及一种含均布陀螺桁架结构的实验装置，属振动控制领域。

背景技术

实际工程应用中，空间可展桁架结构因其折叠比大、质量轻和刚度高等优点，近年来的应用越来越广泛，而这些大型柔性可折展桁架结构的振动问题也一直是动力学方面的难题，在柔性结构上分布处理器和执行器是常用减振方法之一。飞轮拥有定轴性、进动性和陀螺动力效应等独特的力学特性，且其不消耗燃料，并能提供连续的控制力矩，故被选为常用的结构振动稳定装置的执行机构。但在空间结构中加入飞轮之后会使得整个系统的动力学问题变得更为复杂。PMMA为亚克力或有机玻璃材料的英文缩写，是本次实验与仿真部分的桁架使用材料。

因此，明确含陀螺装置桁架结构的动力学特性，对其模态进行探究是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种测量含均布转子桁架结构涡动现象的实验装置，此装置能够测量桁架的固有频率及位移轨迹，实现对桁架结构涡动现象的深入探究。目前航天器所采用的执行机构有喷气推力器，磁力矩器和飞轮等角动量交换装置。其中喷气推力器广泛应用于航天器的轨道与姿态控制中，具有较好的控制效果，但缺点是航天器所携带用于喷气推力器消耗的燃料有限，过度消耗燃料会影响航天器的在轨寿命，且推力器会产生喷气羽流，对航天器上携带的精密仪器产生影响。而磁力矩器则是通过和地球磁场相互作用产生力矩，不需消耗燃料便可以对航天器进行姿态轨道控制，但缺点是产生的控制力矩过小，在地球磁场微弱的高轨上，难以满足多数航天器的控制需求。飞轮通过动量交换的方式实现对航天器振动以及姿态控制，其控制稳定性高，机动灵活，且不需要消耗燃料，使得航天器发射成本大幅度降低，延长了使用寿命。

但飞轮等角动量交换装置的加入，会影响到桁架等柔性结构的固有特性。前人文献中提到角动量的加入会对梁结构产生以下影响：原先相等的特征值会随着角动量的增大出现分叉现象，且各阶特征值曲线的变化趋势也不相同；原先解耦的各阶振型随着角动量的加入出现耦合现象，使得梁结构发生涡动，而且不同阶的振型分为前涡动和后涡动两种运动形式。但以上分析均基于理论推导，缺少实验的验证。本发明的目的是填补这一研究领域的空白，通过实验的方式验证理论的正确性，以更加具象的形式说明柔性结构的涡动。

本发明采用以下技术方案：

一种含均布陀螺桁架结构的实验装置，包括一号连接件(1)、一号杆(5)、转子(8)、无刷电机(9)、电机连接板(10)、桁架固定板(11)；一号连接件(1)和二号连接件(2)均与一号杆(5)、二号杆(6)、三号杆(7)通过过盈配合拼装成陀螺桁架结构自由端的端面；一号连接件(1)和二号连接件(2)为四接口节点，一号杆(5)为斜向杆，二号杆(6)为水平杆，三号杆(7)为竖直杆；一号连接件(1)和二号连接件(2)的四接口节点分别连接，所述三号连接件(3)和四号连接件(4)与一号杆(5)、二号杆(6)、三号杆(7)通过过盈配合多次拼装成陀螺桁架单胞，各陀螺桁架单胞以模数形式组成桁架主体结构。电机连接板(10)结构本身带有四个通孔，与桁架单胞固定连接。无刷电机(9)通过螺栓与电机连接板(10)连接在一起，转子(8)和无刷电机(9)通过螺栓连接在一起。桁架固定板(11)与桁架主体结构通过过盈配合固定连接。无刷电机(9)为桁架结构增加角动量。