本發(fā)明涉及真空環(huán)境模擬的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小型高剛度真空環(huán)境模擬裝置，在真空環(huán)境下具有良好的剛性地基，可提供滿足實(shí)驗(yàn)要求的地面微振動時(shí)航天器活動部件實(shí)際真空環(huán)境。

背景技術(shù)：

為消除大氣壓造成的初始應(yīng)力對航天器活動部件擾動特性測試的影響，獲取接近在軌狀態(tài)的擾動特性，需要在地面微振動時(shí)研制能夠模擬航天器活動部件實(shí)際真空環(huán)境的真空設(shè)備。在真空環(huán)境下開展擾動力測試需要有良好的剛性地基，目前真空罐均不具備條件。針對現(xiàn)有真空罐剛度不滿足測試要求的問題，需要研制了滿足航天器活動部件地面真空環(huán)境測試精度和剛性要求的小型高剛度真空環(huán)境模擬裝置。該裝置可提供六分量測力平臺、激振器安裝和試件懸吊的接口。利用小型高剛度真空環(huán)境模擬裝置和六分量測力平臺，可形成具備擾動力測試能力的真空環(huán)境。這對于衛(wèi)星活動部件真空環(huán)境擾動特性試驗(yàn)分析并消除擾動從而提高航天器的姿態(tài)控制精度和加強(qiáng)航天器的安全設(shè)計(jì)有著非常重要的工程意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有真空罐剛度無法滿足航天器活動部件實(shí)際真空環(huán)境測試要求的不足，研制了一種小型高剛度真空環(huán)境模擬裝置。滿足航天器活動部件地面真空環(huán)境測試精度和剛性要求，為衛(wèi)星活動部件真空環(huán)境擾動特性試驗(yàn)提供可靠的測試環(huán)境。

本發(fā)明要解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種小型高剛度真空環(huán)境模擬裝置，包括結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)、真空環(huán)境保障系統(tǒng)、真空環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)以及微振動試驗(yàn)配套系統(tǒng)，其中：

結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)主要由內(nèi)艙體、外艙體、內(nèi)外艙體之間的水泥層、剛性地基以及艙門組成，內(nèi)艙體、外艙體之間用水泥灌實(shí)，外艙體安裝在剛性地面基礎(chǔ)，開口一面裝有艙門，艙門與外艙體之間有橡皮墊圈，用螺栓將艙門和外艙體之間橡皮墊圈壓緊后可實(shí)現(xiàn)氣密封；

真空環(huán)境保障系統(tǒng)包括螺桿真空泵、擴(kuò)散泵以及軟管，螺桿真空泵、擴(kuò)散泵通過橡膠層安裝在地面，并且通過橡皮軟管與外艙體連接，真空環(huán)境保障系統(tǒng)可以提供并維持試驗(yàn)所需的艙內(nèi)氣壓值和真空度，并且真空環(huán)境保障系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)之間采用軟管連接，不會對整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)附加額外的振動；

真空環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由壓力監(jiān)測表、溫度監(jiān)測表以及觀測鏡組成，壓力監(jiān)測表安裝在抽氣口管路上，在螺桿泵前端，溫度監(jiān)測表采用數(shù)顯溫度傳感器置于艙室內(nèi)部，通過接線端口連接外部顯示端，外艙體一側(cè)安裝有鋼化玻璃的觀測鏡，真空環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測艙內(nèi)氣壓和溫度，并且能夠?qū)崟r(shí)觀察到內(nèi)部試驗(yàn)情況；

微振動試驗(yàn)配套系統(tǒng)主要由接線端子以及內(nèi)艙接口組成，接線端子可以實(shí)現(xiàn)將艙內(nèi)試驗(yàn)線纜與外部連接，內(nèi)艙預(yù)留的內(nèi)艙接口是為測試設(shè)備提供高剛度的安裝接口，內(nèi)艙預(yù)留的螺紋接口可以為測試設(shè)備提供高剛度的安裝界面，接線端子可以實(shí)現(xiàn)將艙內(nèi)試驗(yàn)線纜與外部連接，且具有高氣密性。

其中，內(nèi)艙體、外艙體均由一面開口的五面體鋼殼組成，內(nèi)艙體、外艙體之間用水泥灌實(shí)，內(nèi)艙體內(nèi)側(cè)至外艙體外側(cè)厚度為80mm，可以保證較高的剛度和強(qiáng)度，外艙體開口一面裝有艙門，艙門與外艙體之間有橡皮墊圈，用螺栓將艙門和外艙體之間橡皮墊圈壓緊后可實(shí)現(xiàn)氣密封，外艙體安裝在剛性地面基礎(chǔ)，可為試驗(yàn)提供所需的高剛度基礎(chǔ)支撐，并且外艙體上留有接線端子、抽氣端口以及觀測鏡。

其中，真空環(huán)境保障系統(tǒng)所有設(shè)備均安裝在艙室外部，螺桿真空泵、擴(kuò)散泵通過橡膠層安裝在地面，并且通過橡皮軟管與外艙連接。

其中，真空環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)采用led綠屏數(shù)字顯示，具有快速的反應(yīng)速度和寬廣的測量范圍，安裝在抽氣端口管路上，在螺桿泵前端，溫度監(jiān)測表采用數(shù)顯溫度傳感器置于艙室內(nèi)部，通過接線端口連接外部顯示端，外艙體一側(cè)安裝有鋼化玻璃的觀測鏡，可以實(shí)時(shí)觀測內(nèi)部試驗(yàn)系統(tǒng)。

其中，內(nèi)艙體預(yù)留的螺紋接口可以安裝六分量測力平臺和激振器等測試設(shè)備，且具有較高的安裝剛度。

本發(fā)明原理在于：一種小型高剛度真空環(huán)境模擬裝置，包括小型結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)、真空環(huán)境保障系統(tǒng)、真空環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)以及微振動試驗(yàn)配套系統(tǒng)組成，結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)主要由內(nèi)外艙體、內(nèi)外艙體之間的水泥層、剛性地基以及艙門組成，可為其它系統(tǒng)、以及測試設(shè)備提供所需的支撐條件，并且具有高剛度、高強(qiáng)度以及高氣密性特點(diǎn)。真空環(huán)境保障系統(tǒng)主要包括螺桿真空泵、擴(kuò)散泵以及連接管路等，可以提供并維持試驗(yàn)所需的艙內(nèi)氣壓值和真空度，并且真空環(huán)境保障系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)之間采用軟管連接，不會對整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)附加額外的振動。真空環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由壓力監(jiān)測表、溫度監(jiān)測表以及觀測鏡等組成，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測艙內(nèi)氣壓和溫度，并且能夠?qū)崟r(shí)觀察到內(nèi)部試驗(yàn)情況。微振動試驗(yàn)配套系統(tǒng)主要由接線端子以及內(nèi)艙接口等組成，內(nèi)艙預(yù)留的螺紋接口可以為測試設(shè)備提供高剛度的安裝界面，接線端子可以實(shí)現(xiàn)將艙內(nèi)試驗(yàn)線纜與外部連接，且具有高氣密性。所述的結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)主要由內(nèi)外艙體、內(nèi)外艙體之間的水泥層、剛性地基以及艙門組成。所述的真空環(huán)境保障系統(tǒng)主要包括螺桿真空泵、擴(kuò)散泵以及連接管路等，真空環(huán)境保障系統(tǒng)所有設(shè)備均安裝在艙室外部，螺桿真空泵、擴(kuò)散泵通過橡膠層安裝在地面，并且通過橡皮軟管與外艙連接。所述的螺桿真空泵采用yashandaorv30型螺桿真空泵，當(dāng)其不連接艙體單獨(dú)工作時(shí)，可將氣壓抽至0.5pa以下，當(dāng)連接艙體時(shí)，可將氣壓抽至10pa以下，且具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，低噪音和低振動等特點(diǎn)。所述的擴(kuò)散泵采用stks-260型擴(kuò)散泵排氣臺，當(dāng)其連接艙體工作時(shí)，可將氣壓抽至0.5pa以下。所述的真空環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由壓力監(jiān)測表、溫度監(jiān)測表以及觀測鏡等組成。壓力監(jiān)測表采用zdr-1型電阻真空計(jì)，其采用led綠屏數(shù)字顯示，安裝在抽氣口管路上，在螺桿泵前端。所述的微振動試驗(yàn)配套系統(tǒng)主要由接線端子以及內(nèi)艙接口等組成，接線端子可以實(shí)現(xiàn)將艙內(nèi)試驗(yàn)線纜與外部連接。內(nèi)艙預(yù)留的螺紋接口可以安裝六分量測力平臺和激振器等測試設(shè)備。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明通過設(shè)計(jì)了內(nèi)外艙體，內(nèi)外艙體由一面開口的五面體鋼殼組成，鋼殼厚50mm，且內(nèi)外艙之間用水泥灌實(shí)，保證較高了的剛度和強(qiáng)度。外艙安裝在剛性地面基礎(chǔ)，可為試驗(yàn)提供所需的高剛度基礎(chǔ)支撐。滿足了航天器活動部件地面真空環(huán)境測試剛性要求，使得測量精度大大提高。

(2)本發(fā)明將真空環(huán)境保障系統(tǒng)所有設(shè)備均安裝在艙室外部，螺桿真空泵、擴(kuò)散泵通過橡膠層安裝在地面，極大地避免真空環(huán)境保障系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的振動對試驗(yàn)測試的干擾。

(3)本發(fā)明通過軟管連接真空環(huán)境保障系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)，可以提供并維持試驗(yàn)所需的艙內(nèi)氣壓值和真空度，并且不會對整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)附加額外的振動。提高了測量的可靠性。

(4)本發(fā)明的內(nèi)艙預(yù)留的螺紋接口可以為測試設(shè)備提供高剛度的安裝界面，接線端子可以實(shí)現(xiàn)將艙內(nèi)試驗(yàn)線纜與外部連接，具有高氣密性，提高了測量系統(tǒng)的適應(yīng)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明小型高剛度真空環(huán)境模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中艙體內(nèi)部試驗(yàn)設(shè)施放置示意圖；

圖3為螺桿真空泵工作原理圖；

圖4為擴(kuò)散泵工作原理圖。

圖中附圖標(biāo)記含義為：1為外艙體，2為內(nèi)艙體，3為壓力監(jiān)測表，4為軟管，5為擴(kuò)散泵，6為螺桿真空泵，7為剛性地基，8為接線端子，9為內(nèi)艙接口，10為觀測鏡，11為水泥層，12為抽氣端口，13為溫度監(jiān)測表。31為排氣側(cè)，32為螺桿，33為吸氣側(cè)，34為泵體。41為冷卻水，42為排氣口，43為進(jìn)氣口，44為水冷套，45為噴油嘴，46為導(dǎo)流管，47為泵殼，48為加熱器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明的航天器活動部件地面試驗(yàn)?zāi)M地面實(shí)際真空環(huán)境的真空設(shè)備包括結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)、真空環(huán)境保障系統(tǒng)、真空環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)以及微振動試驗(yàn)配套系統(tǒng)組成。其中結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)包括剛性地基7、內(nèi)艙體2、外艙體1、內(nèi)外艙體間的水泥層11，可為其它系統(tǒng)、以及測試設(shè)備提供所需的支撐條件，并且具有高剛度、高強(qiáng)度以及高氣密性特點(diǎn)。真空環(huán)境保障系統(tǒng)主要包括螺桿真空泵6、擴(kuò)散泵5以及軟管4等，可以提供并維持試驗(yàn)所需的艙內(nèi)氣壓值和真空度，并且真空環(huán)境保障系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)之間采用軟管4連接，不會對整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)附加額外的振動。真空環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由壓力監(jiān)測表3、溫度監(jiān)測表13以及觀測鏡10等組成，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測艙內(nèi)氣壓和溫度，并且能夠?qū)崟r(shí)觀察到內(nèi)部試驗(yàn)情況。微振動試驗(yàn)配套系統(tǒng)主要由接線端子8以及內(nèi)艙接口9等組成，內(nèi)艙預(yù)留的螺紋接口可以為測試設(shè)備提供高剛度的安裝界面，接線端子8可以實(shí)現(xiàn)將艙內(nèi)試驗(yàn)線纜與外部連接，且具有高氣密性。

在實(shí)施例1中，微振動測試臺和動量輪放在真空罩內(nèi)艙體2中，如圖2所示；微振動試驗(yàn)配套設(shè)備主要由接線端子8和內(nèi)部測試臺連接。接線端子9可以實(shí)現(xiàn)將內(nèi)艙2實(shí)驗(yàn)線纜與外部連接，并具有高氣密性。內(nèi)艙體2和外艙體1留有抽氣端口12，使得螺桿真空泵6、擴(kuò)散泵5和壓力檢測表3、溫度監(jiān)測表13可以和艙體內(nèi)部通過軟管4連接。真空環(huán)境保障系統(tǒng)提供并維持試驗(yàn)所需的艙內(nèi)氣壓值和真空度。其中的螺桿真空泵6、擴(kuò)散泵5均使用軟管4通過抽氣端口12與艙內(nèi)連接。測試過程中，主要通過觀測鏡10來觀察內(nèi)部實(shí)驗(yàn)情況。真空環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由壓力監(jiān)測表3、溫度監(jiān)測表13和觀測鏡10組成，實(shí)時(shí)監(jiān)測艙內(nèi)氣壓、溫度和實(shí)驗(yàn)情況。

如圖3所示，螺桿真空泵是把兩個(gè)經(jīng)過嚴(yán)格動平衡校正、用軸承做支撐的螺桿，安裝在泵腔內(nèi)，并在兩個(gè)螺桿之間留下合理的空隙。此設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，兩個(gè)轉(zhuǎn)子在泵腔內(nèi)作同步高速反向旋轉(zhuǎn)，由此來產(chǎn)生吸氣和排氣。它能使氣體不斷的吸入和排出，借以達(dá)到抽氣目的。因?yàn)檗D(zhuǎn)子經(jīng)過嚴(yán)格的動平衡校正，并且兩個(gè)輪子間也留下了合理的間隙，因此泵工作時(shí)，轉(zhuǎn)子不會相磨擦，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低，并且工作腔內(nèi)不需潤滑油，消耗功率低，具有節(jié)能，免維修等優(yōu)點(diǎn)，適用于噪音要求比較高的環(huán)境。

如圖4所示，擴(kuò)散泵主要由泵體、噴油嘴、導(dǎo)流管、加熱器、擴(kuò)散器、冷卻系統(tǒng)部分組成。由于擴(kuò)散泵進(jìn)氣口附近被抽氣體的分壓強(qiáng)高于蒸氣流中該氣體的分壓強(qiáng)。這樣，被抽氣體分子沿著蒸氣方向高速運(yùn)動，氣體分子碰到泵壁又反射回來，再受到蒸氣流碰撞而重新沿蒸氣流方向流向泵殼。經(jīng)過幾次碰撞后，氣體分子被壓縮到低真空端，再由下幾級噴嘴噴出的蒸氣進(jìn)氣多級壓縮，最后由前級泵抽走，而油蒸氣在冷卻的泵壁上被冷凝后又返回到下層重新被加熱，如此循環(huán)工作達(dá)到抽氣目的。