[发明专利]油箱位姿模拟试验台

说明书

技术领域

本发明涉及一种油箱位姿模拟试验台。

背景技术

贮箱内液体的晃动是指液体自由表面由于受到外加扰动或激励而产生的运动。液体的晃动问题在航空航天、船舶、石油化工以及核动力等领域较为常见，从上世纪50年代起，各国工程师对这一问题已经给予了广泛关注。储箱内带自由液面的液体晃动不仅会对贮箱壁产生冲击载荷，引起结构的疲劳破坏。对于载液比重大的载液系统，如航天器、大型民机以及油罐车等，在运动过程中，短时间内液体的大幅晃动引发的液体重心变化还会对这些载液系统的运动轨迹或飞行姿态产生不利的影响。液体晃动问题广泛存在于航空航天、核工程、地震、水上运输、公路运输、流体力学、数学等领域，液体晃动涉及到系统很多重要方面的参数，如贮箱壁面的动压力分布、液体晃动产生的晃动力、晃动力矩及自由液面固有频率等，这些参数与移动容器耦合，直接影响系统的动力学行为(如系统的稳定性)及贮箱内部结构的力学性能，因此各国科学家和工程师从上世纪中期开始就对这一问题进行了大量研究。在航天领域，由于人类对空间探索的不断深入，要求现代航天器携带更加精密的探测仪器、导航仪器，完成长时间的复杂的飞行任务，这时需要现代大型航天器携带更多的推进剂。航天器在变轨，交会，对接及装配过程中推进剂可能产生剧烈晃动，由于外激励及贮箱几何形状的差异，使液体产生复杂的非线性运动，由此产生的晃动力，晃动力矩对整个系统动力学具有显著的影响，因此在航天器总体设计中，推进剂的晃动是必须重点考虑的一个问题。如在2007年，美国的空间10号卫星Space X由于一个燃料腔中的推进剂晃动，导致整个发射任务失败。在船舶领域，通过考虑海浪对船舶的影响发现，海浪诱导船舶运动引起大型船舶的液体出现非常剧烈的晃动，这可能导致船舶局部出现明显的结构负载，并对船舶整体运动有重要影响。

因此研究晃动产生的冲击力、晃动力矩所引发的油箱结构强度问题、液体晃动重心的变化对全机稳定性的影响是十分必要的。目前大部分研究者均采用将无限多质点的力学系统进行等效简化，从一定程度上可以反映液体晃动的影响，但是不能全面直观的对问题进行反映，更不能进行问题复现及验证。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种油箱位姿模拟试验台，其能够真实模拟油箱在空中各种姿态并测试油箱在空中各种姿态下的动力学特征。

一种油箱位姿模拟试验台，包括机械和电气两部分；机械系统用于实现负载自旋和摆动两个自由度的运动，包括负载框架组件、负载自旋机构、负载俯仰机构及试验台底座等几部分；电气系统用于实现负载姿态的调整和试验位置的准确就位。

所述负载框架组件由被测油箱、负载框架、夹紧装置、底部支承辊等组成，主要用于对被测油箱的夹持、油箱质心位置调整的等功能；所述负载框架组件通过上、下连接法兰及左、右连接法兰与回转支承轴承固连，并由回转支承轴承带动油箱自旋；负载旋转角度通过安装在俯仰框架上的码盘驱动装置来检测、反馈，为了消除码盘的检测误差，码盘驱动机构的驱动齿轮与回转支承轴承采用了双片齿轮消隙啮合传动技术。

所述负载框架为一桁架式结构，由矩形方钢管焊接而成；框架本体主弦为120x60x5mm方管，缀杆为60x60x3mm方管，框架本体中间的钢板作为与油箱自旋机构相连的连接板；所述框架两端贯穿，用于安装端部夹紧装置，以方便油箱纵向质心位置的调整；负载框架底部可安装辊轮，以方便油箱装卸；框架本体顶部和侧面横向主弦可安装夹紧装置，以方便被测油箱夹紧与质心位置额调整。

所述支撑辊轮安装在框架本体底部，共设计了8个支承辊，用于支承被测油箱，并方便被测油箱装卸(水平位置安装与拆卸油箱)；所述夹紧装置包括夹头、导杆与直线轴承、调整丝杠、夹头支架等，夹头与油箱接触部分为非金属材料，以保护油箱；夹紧装置设有两根导杆，布置在夹紧装置两侧通过固定在框架本体上直线轴承实现夹紧装置的导向；夹紧装置中部设有调整丝杠，与固定在框架上的螺套实现夹头位置的调整；夹头支架由矩形方管和钢板焊接而成，用于承受试验过程中被试油缸传递过来的各种动态载荷。

负载框架组件共安装了4套端部夹紧装置，每端两套；安装了3套顶部夹紧装置和6套侧面夹紧装置，所有夹紧装置的调整范围均为±90mm。

所述负载自旋机构由上下连接法兰、两块侧面连接法兰、一套回转支承轴承和两套自旋驱动单元等组成，所述自旋驱动单元包括电机和驱动齿轮，自旋驱动单元通过螺钉固定在俯仰框架上，其小齿轮与回转支承轴承外圈齿轮啮合。