[发明专利]一种刚度可调的弹性扰振测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹性扰振测试系统，适用于多种不同安装刚度绕振部件进行扰动力测试。

背景技术

目前的航天器大多都属于大型柔性展开式机构，且带有大量的光学元件，它们对指向精度和稳定度均提出了很高的要求。另外，在现代航天器姿态控制系统中，反作用轮、单框架力矩陀螺和太阳翼驱动机构等是其控制系统中的重要元件，它们在提供必要的控制动力的同时，也会引起一些有害振动，通常将上述三种系统称为扰动源。这些扰动主要由飞轮不平衡、轴承扰动、电机扰动、电机驱动误差等引起的，其中飞轮不平衡是导致飞轮振动的最主要原因，这些扰动力和扰动力矩会降低体太空中精密性仪器的性能指标。

大多数扰动源安装在柔性结构部件上，它们和卫星星体之间很有可能产生一定程度的耦合作用，这些扰动会激起卫星的模态，卫星的振动又会反过来作用于扰动源，产生更大的扰动，因此研究扰动源与安装基础的耦合扰动分析及其在卫星结构中的传递规律，进而研究活动部件的扰动如何影响到卫星上相机的成像质量，对加强航天器的安全设计和提高卫星的成像稳定性有着非常重要的工程意义。由于测试条件的限制，不可能大量进行扰动源在卫星星体结构上的扰动特性测试和研究，因此需要在弹性安装测试台模拟卫星星体上扰动源的测试，并且可以根据条件改变测试台的刚度，进而研究扰动源与不同刚度安装基础的耦合扰动特性分析，得出其中的扰动耦合及传递规律，再将其用于卫星的真实安装基础去预测扰动源对在轨卫星结构的扰动影响。由于航天器扰动源具有扰动幅值小，扰动频带宽的特点，并且其柔性安装基础的模态密集程度很高，要想在具有相对较强的噪声干扰下测量并研究扰动源与安装基础的扰动耦合特性是非常困难的，所以设计模态密度相对较低的安装基础进行扰动耦合特性研究是非常必要的。目前，国内外尚未见有关此类刚度可调的弹性扰振测试系统的文献报导。

发明内容

本发明针对上述现在技术存在的不足，提出了一种刚度可调的弹性扰振测试系统，解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的刚度可调的弹性扰振测试系统包括底板、四个弹性支承机构、扰动部件安装台、信号线、数据采集和处理系统以及计算机；刚度可调的弹性支承机构由安装底座、滑块、直线导轨、片簧、加固板和调节螺栓；底板水平固定于试验台上；安装底座和直线导轨分别固定于底板的相应位置上；片簧与安装底座固联成一体；滑块套装在直线轨上并可自由滑动；调节螺栓穿过安装底座与滑块连接，通过旋转调节螺栓可调节滑块在直线导轨上的位置；加固板可通过与滑块固联来压紧片簧，并将其固定在直线导轨上；调节螺栓上的三个螺母分别压紧滑块和安装底座；四个弹性支承机构对称安装于底板上。扰动部件安装台，包括：底座、负载盘、四个横向压电传感器、四个纵向压电传感器、侧向定位板以及八个紧固螺栓；四个纵向压电传感器位于底座上表面和负载盘下表面之间，通过四个紧固螺栓压紧，测量Z方向的扰动力和X、Y方向的扰动力矩；侧向定位板固定在底座的上表面；四个紧固螺栓穿过侧向定位板压紧四个横向压电传感器并与负载盘固联在一起，测量X、Y方向的扰动力和Z方向的扰动力矩；八个压电传感器通过信号线连接到数据采集处理系统上；扰动部件安装台与弹性支承机构的四个片簧固联在一起，并将扰动部件安装在扰动部件安装台上；测试台上的四个纵向压电传感器和四个横向压电传感器将扰动部件产生的扰动力转换成电压信号，可以通过信号线将扰动信号传输到数据采集和处理系统，将其转化为三个微小振动力信号和三个微小振动力矩信号，进而通过计算机准确分析出扰动源的振动特性；通过上述方法改变滑块的位置可以达到改变片簧支撑刚度的目的，进而研究扰动源在不同安装刚度条件下的扰振特性及扰动源与安装基础的耦合扰动规律。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明中的弹性支承结构采用片簧结构，由于片簧的模态密集程度低，很容易进行片簧频率特性与扰动部件频率特性之间的耦合特性分析，而不采用弹性板结构，这样可避免因弹性板结构的模态密集程度很高而导致与扰动源的耦合特性分析非常困难的弊端；

(2)本发明可以通过导轨上的标尺很方便的定位滑块的位置，并且滑块可以在导轨上自由滑动到导轨范围内的任意位置，避免了以往测试结构只可以调节到某些特定的位置的缺陷，此发明结构调节方便，调节范围大；

(3)本发明可以通过调节螺栓自由的调节滑块，不需要每次都调节片簧与安装底座的安装位置及与扰动部件安装台的安装点，这样装卸和调节方便，也避免人工调节滑块的位置导致的不便利和位置的不准确性；