本發(fā)明屬于航天器動力學試驗技術(shù)領域，具體來說，本發(fā)明涉及一種振動-加速度耦合環(huán)境試驗設備。

背景技術(shù)：

在國防工業(yè)中，航空航天產(chǎn)品普遍工作于振動和線加速度同時作用的耦合動態(tài)環(huán)境中，如航天器在發(fā)射階段時，飛機在爬升、俯沖和盤旋時，戰(zhàn)略導彈在主動段和通過再入段時，其設備和裝置均受到加速度過載和發(fā)動機振動的耦合作用。但在目前的力學環(huán)境試驗方面，由于耦合試驗設備的缺失，振動試驗和離心試驗一般分時獨立進行，分別在振動臺上和離心機上考核產(chǎn)品對振動或線加速度單項應力的耐受能力。這與工程實際中振動和線加速度同時耦合作用的情況存在差異。美國桑地亞(Sandia)國家實驗室的初步研究結(jié)論已經(jīng)表明，加速度過載環(huán)境與振動環(huán)境的綜合影響并不等于各因素的分別影響之和，在兩種或多種環(huán)境應力的綜合作用下產(chǎn)品會暴露出在單項應力試驗中未發(fā)現(xiàn)的問題，因此用獨立的試驗手段不能預測復合環(huán)境影響下設備的可靠性。美軍標810和國軍標150A也均明確指出：“綜合環(huán)境試驗可能比一系列連續(xù)的單個試驗更能代表實際環(huán)境效應。使用環(huán)境中遇到這些條件時，鼓勵進行綜合環(huán)境試驗”。可以預見，在航空航天發(fā)展的新階段，儀器設備將更加復雜和先進，對環(huán)境的敏感性將進一步增強，多應力耦合作用效應對產(chǎn)品任務可靠性的影響將進一步凸顯。

此外，中國專利CN201510412857.9公開了一種能在航天器動力學離心狀態(tài)下使用的電磁振動臺，其主要包括由筒形的上部罩和筒形下部罩對接構(gòu)成的外部殼體以及設置在外部殼體內(nèi)的勵磁部件、可沿軸向自由活動且底部設置有縱向軸的動圈、動圈支撐、導向部件、強制空氣冷卻風道；其中，動圈由上部的錐形主體和下部的支撐套筒構(gòu)成，動圈整體與外部殼體同軸設置并支撐在動圈支撐上，動圈底部的縱向軸兩側(cè)分別設置有導向輪以限制動圈的徑向位移，勵磁部件圍繞動圈固定在電磁振動臺外部殼體的內(nèi)壁上，主要包括上勵磁線圈、下勵磁線圈及上極板、下極板等部件，用于在供給的恒電壓、恒電流的勵磁電流作用下，在振動臺的殼體內(nèi)部產(chǎn)生足夠強大的恒定磁場；上勵磁線圈設置在動圈的錐形主體附近，下勵磁線圈設置動圈的支撐套筒底部，上勵磁線圈上方粘 接有用于產(chǎn)生電磁場的上極板且下勵磁線圈下方粘接有用于產(chǎn)生電磁場的下極板，上極板與錐形主體之間套設有抵靠錐形主體側(cè)面的楔子，楔子頂部固定在外部殼體頂部設置的可翻折上導向裝置并隨著上導向裝置翻折而上下移動，以和上導向裝置一起對動圈的錐形主體上部進行限位，在動圈的支撐套筒內(nèi)部額外加裝一組直流線圈，直流線圈產(chǎn)生附加的平衡直流電來進行離心狀態(tài)下動圈中心位置的調(diào)整。

為了適應航天產(chǎn)品任務可靠性測量的發(fā)展需求，避免航空航天產(chǎn)品在試驗過程中考核不充分，不能充分暴露產(chǎn)品設計和制造缺陷，十分需要研制一套能夠進行振動-加速度耦合環(huán)境試驗的試驗系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠進行振動-加速度耦合環(huán)境試驗模擬裝置，用于進行航天部組件產(chǎn)品的振動-加速度耦合環(huán)境模擬試驗。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)，包括：加速度環(huán)境試驗系統(tǒng)和振動環(huán)境試驗系統(tǒng)；其中，加速度環(huán)境試驗系統(tǒng)主要包括機座、電動機、傳動系統(tǒng)、測速裝置、工作轉(zhuǎn)臂、集流環(huán)，電控系統(tǒng)；機座利用螺釘機械固定在水泥地面上，基座上設置電動機，電動機外殼利用螺釘機械固定在基座上，電動機的輸出經(jīng)傳動系統(tǒng)傳遞并驅(qū)動豎直的旋轉(zhuǎn)主軸旋轉(zhuǎn)，工作轉(zhuǎn)臂的中心與旋轉(zhuǎn)主軸同軸螺接固定并繞其旋轉(zhuǎn)；測速裝置由測速電機通過同步齒形帶與電動機相連，以直接檢測驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，并將檢測后的轉(zhuǎn)速變?yōu)殡娦盘栞敵鼋o電控系統(tǒng)，進而控制和調(diào)節(jié)工作轉(zhuǎn)臂的實際轉(zhuǎn)速；工作轉(zhuǎn)臂具有適當?shù)男D(zhuǎn)半徑和兩端的安裝平面，通過旋轉(zhuǎn)為兩端的安裝平面上的試驗件提供給定的恒定線加速度；旋轉(zhuǎn)主軸于工作轉(zhuǎn)臂的上方設置有集流環(huán)(導電滑環(huán))，用于旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)動靜部件間的電導通。集流環(huán)由內(nèi)外環(huán)組成，外環(huán)用鋼支架螺接固定在地坑安全墻上，防止其隨轉(zhuǎn)臂一起旋轉(zhuǎn)，并通過支架引出供電導線與電控系統(tǒng)相連，集流環(huán)內(nèi)環(huán)固定在旋轉(zhuǎn)主軸上，隨旋轉(zhuǎn)主軸同步旋轉(zhuǎn)，并引出導線與電動機相連。振動環(huán)境試驗系統(tǒng)主要包括電磁振動臺和攝像系統(tǒng)，其特征在于，工作轉(zhuǎn)臂一端的安裝平面設置有航天器動力學離心狀態(tài)下使用的電磁振動臺，另一端的安裝平面用于安裝與電磁振動臺同質(zhì)量的配重；電磁振動臺主要包括由筒形的上部罩和筒形下部罩對接構(gòu)成的外部殼體以及設置在外部殼體內(nèi)的勵磁部件、可沿軸向自由活動且底部設置有縱向軸的動圈、動圈支撐、導向部件、強制空氣冷卻風道；攝像系統(tǒng)設置在試驗件附近以用于在振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)工作時對試驗件的狀態(tài)進行觀察檢測。

其中，電磁振動臺具有與中國專利CN201510412857.9里的電磁振動臺相同的結(jié)構(gòu)，在此將其全部內(nèi)容以引證的方式并入本文。

其中，電動機通過彈性聯(lián)軸器帶動減速箱箱體內(nèi)的一對錐齒輪進行減速，其中大錐齒輪設置在旋轉(zhuǎn)主軸上，工作轉(zhuǎn)臂也固定在旋轉(zhuǎn)主軸上，帶動工作轉(zhuǎn)臂繞其旋轉(zhuǎn)。

其中，機座通過腳螺栓固定在水泥地面上，用于提供離心機臺體的基準安裝面，并提供抗傾覆力矩以防止在運轉(zhuǎn)過程中傾覆。

優(yōu)選地，工作轉(zhuǎn)臂為焊接剛性結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，工作轉(zhuǎn)臂兩端安裝平面上制作有安裝孔，并裝有標尺，以確定試驗件的安裝半徑。

優(yōu)選地，工作轉(zhuǎn)臂與旋轉(zhuǎn)主軸通過法蘭盤剛性地連接在一起，以消除由于轉(zhuǎn)臂上下波動而帶來的恒加速度變化。

其中，強制空氣冷卻系統(tǒng)利用彈性風管將電動振動臺與風機連接，利用風機帶動電動振動臺內(nèi)空氣強制對流，對電動振動臺進行冷卻。

優(yōu)選地，電磁振動臺的安裝方式為順臂固定連接，安裝方向為動圈水平向外，使電磁振臺提供的振動激勵方向與離心機提供的恒定線加速度方向平行，同時使離心機工作時與振動臺的相對位置保持固定。

優(yōu)選地，電磁振動臺的風機和電控系統(tǒng)的接線板通過螺接固定在工作轉(zhuǎn)臂上，并盡量靠近旋轉(zhuǎn)主軸，以減少試驗過程中其上所受離心力。

優(yōu)選地，電磁振動臺通過螺接固定在工作轉(zhuǎn)臂上，并在電磁振動臺上設置有吊環(huán)，實現(xiàn)振動臺的快速裝拆。

優(yōu)選地，整個振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)設置在試驗地坑中，并采用安全墻隔離。

本發(fā)明具有如下的有益效果：

(1)結(jié)構(gòu)簡單：本發(fā)明的一種用于航天器動力學試驗的振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)無需對離心機和振動臺進行過多改造，且振動臺臺體不用減震懸掛轉(zhuǎn)置，而是通過一對L型支架固定在轉(zhuǎn)臂上。各部件之間的連接主要依靠螺栓連接方式，可靠性高，且方便裝拆更換。

(2)易于操控：本發(fā)明的一種用于航天器動力學試驗的振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)中，離心機與振動臺分開進行控制，可在離心機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后再開啟振動臺，易于控制振動-加速度耦合試驗的試驗量級和時間。

(3)可提供振動-加速度耦合試驗環(huán)境：有別于傳統(tǒng)的力學試驗系統(tǒng)，本發(fā)明的一種 用于航天器動力學試驗的振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)是一種能夠進行振動-加速度耦合環(huán)境試驗模擬裝置，可用于考核航天產(chǎn)品對振動-加速度耦合環(huán)境的耐受能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的用于航天器動力學試驗的振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)的正視圖。

圖2為本發(fā)明的用于航天器動力學試驗的振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)的俯視圖。

其中：1機座；2電動機；3測速裝置；4聯(lián)軸器；5減速器箱體；6旋轉(zhuǎn)主軸；7工作轉(zhuǎn)臂；8集流環(huán)；9配重；10電控系統(tǒng)的接線面板；11風機；12電磁振動臺吊環(huán)；13電磁振動臺；14鋼支架；15地坑安全墻；16攝像系統(tǒng)；17轉(zhuǎn)臂安裝平面。

圖3為本發(fā)明的用于航天器動力學試驗的振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)的減速器箱體的部分傳動原理圖。

其中：21箱體外殼；22加強型圓錐滾子軸承；23錐齒輪對中大齒輪；24錐齒輪對中小齒輪；25加強型圓錐滾子軸承；6旋轉(zhuǎn)主軸；27加強型圓錐滾子軸承；4聯(lián)軸器。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種用于航天器動力學試驗的振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)進行詳細說明，具體實施方式僅為示例的目的，并不旨在限制本發(fā)明的保護范圍。

參照圖1-2，圖1-2分別顯示了本發(fā)明的一種用于航天器動力學試驗的振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)的主視圖和俯視圖。根據(jù)附圖顯示可以知曉，本發(fā)明的振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)包括機座1；電動機2；測速裝置3；聯(lián)軸器4；減速器箱體5；旋轉(zhuǎn)主軸6；工作轉(zhuǎn)臂7；集流環(huán)8；配重9；電控系統(tǒng)的接線面板10；風機11；電磁振動臺吊環(huán)12；電磁振動臺13；鋼支架14；地坑安全墻15；攝像系統(tǒng)16；轉(zhuǎn)臂安裝平面17。其中，本發(fā)明的用于航天器動力學試驗的振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)的減速器箱體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，聯(lián)軸器4通過螺接固定在錐齒輪對中小錐齒輪24的主軸上，大錐齒輪23與旋轉(zhuǎn)主軸26固連，兩個錐齒輪軸通過加強型圓錐滾子軸承22、25和27固定在減速器箱體外殼21上。當驅(qū)動電機帶動聯(lián)軸器4運轉(zhuǎn)時，減速器箱體傳動組件可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的減速和轉(zhuǎn)向，從而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)主軸6旋轉(zhuǎn)。

在一實施方式中，本發(fā)明的一種用于航天器動力學試驗的振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)的機座1通過腳螺栓安裝在專用試驗地坑中，電動機2和減速器箱體5通過螺接固定在機座1上。測速裝置3固定在電動機2的外殼上，且測速電機軸與電動機機軸通 過同步齒形帶連接。聯(lián)軸器4通過螺接一端固定在電動機2軸上，另一端固定在減速器箱體5中錐齒輪對的小錐齒輪軸上。當電動機2旋轉(zhuǎn)時，通過聯(lián)軸器4將轉(zhuǎn)動傳遞到減速器箱體5內(nèi)，并通過減速器箱體5內(nèi)的傳動組件驅(qū)動旋轉(zhuǎn)主軸6旋轉(zhuǎn)，同時帶動測速裝置3中的電機旋轉(zhuǎn)，由于各傳動機構(gòu)的傳動比已知，通過測速裝置3中電機的轉(zhuǎn)速便可測算出旋轉(zhuǎn)主軸6的轉(zhuǎn)速。工作轉(zhuǎn)臂7通過螺接固定在旋轉(zhuǎn)主軸6上，并隨旋轉(zhuǎn)主軸6一同旋轉(zhuǎn)。集流環(huán)8由內(nèi)外環(huán)組成，外環(huán)用鋼支架14螺接固定在地坑安全墻15上，防止其隨轉(zhuǎn)臂一起旋轉(zhuǎn)，并通過支架引出供電導線與電控系統(tǒng)相連，集流環(huán)內(nèi)環(huán)固定在旋轉(zhuǎn)主軸6上，隨旋轉(zhuǎn)主軸6同步旋轉(zhuǎn)，并引出導線與電動機2相連。電控系統(tǒng)的接線面板10、風機11、轉(zhuǎn)臂安裝平面15分別螺接固定在工作轉(zhuǎn)臂7上。工作轉(zhuǎn)臂一端的安裝平面17設計有一對L型支架，用于螺接安裝、固定電磁振動臺13和攝像系統(tǒng)16，當電動機2啟動時，電磁振動臺13隨工作轉(zhuǎn)臂7同步旋轉(zhuǎn)，從而受到離心線加速度的作用。攝像系統(tǒng)16的攝像頭正對電磁振動臺13的載物臺，用于在工作轉(zhuǎn)臂7旋轉(zhuǎn)的情況下觀察受試產(chǎn)品的狀況。同時安裝平面17的L型支架上帶有凸臺，與電磁振動臺13殼體上的凹形槽配合，用于電磁振動臺13安裝時的定位。電磁振動臺13的殼體上螺接有吊環(huán)12，用于電磁振動臺拆裝時的起吊。電磁振動臺13的出風口與風機11通過鋁箔軟管連接，風機11啟動后用于電磁振動臺13的強制風冷。轉(zhuǎn)臂另一端的安裝平面17上通過螺栓固定配重9，用以配平電磁振動臺13的重量，消除旋轉(zhuǎn)過程中主軸6受到的傾覆力矩。

本發(fā)明的一種用于航天器動力學試驗的振動-加速度耦合環(huán)境試驗系統(tǒng)的研制原理如下：

當離心機啟動時，由于電磁振動臺與離心機轉(zhuǎn)臂剛性連接，因此電磁振動臺隨離心機轉(zhuǎn)臂一同旋轉(zhuǎn)，當離心機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，電磁振動臺及其上搭載的受試產(chǎn)品即受到恒定的線加速度作用。此時再開啟電磁振動臺，為受試產(chǎn)品提供額外的振動載荷激勵，則受試產(chǎn)品即處于振動-加速度耦合試驗環(huán)境中。

本發(fā)明的加速度環(huán)境試驗系統(tǒng)和振動環(huán)境試驗系統(tǒng)可同時工作，可進行正弦振動-加速度耦合試驗、隨機振動-加速度耦合試驗和沖擊-加速度耦合試驗。試驗中振動量級與時間、加速度量級與時間可分別單獨指定。

其中，振動-加速度耦合環(huán)境試驗能力：最大恒定線加速度20g；最大振動激振推力≥1000N(正弦振動、隨機振動條件下)，≥2000N(沖擊條件下)；滿負荷連續(xù)工作時間優(yōu)于30min。

集流環(huán)包括500V、5A360環(huán)，40A10環(huán)，10A8環(huán)，±10V24環(huán)，滿足絕大部分航天 部組件產(chǎn)品加電試驗要求。

盡管上文對本發(fā)明的具體實施方式進行了詳細的描述和說明，但應該指明的是，我們可以對上述實施方式進行各種改變和修改，但這些都不脫離本發(fā)明的精神和所附的權(quán)利要求所記載的范圍。