一種小型高剛度真空環境模擬裝置的製作方法

2023-05-16 12:29:51 3

本發明涉及真空環境模擬的技術領域，具體涉及一種小型高剛度真空環境模擬裝置，在真空環境下具有良好的剛性地基，可提供滿足實驗要求的地面微振動時太空飛行器活動部件實際真空環境。

背景技術：

為消除大氣壓造成的初始應力對太空飛行器活動部件擾動特性測試的影響，獲取接近在軌狀態的擾動特性，需要在地面微振動時研製能夠模擬太空飛行器活動部件實際真空環境的真空設備。在真空環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。針對現有真空罐剛度不滿足測試要求的問題，需要研製了滿足太空飛行器活動部件地面真空環境測試精度和剛性要求的小型高剛度真空環境模擬裝置。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境。這對於衛星活動部件真空環境擾動特性試驗分析並消除擾動從而提高太空飛行器的姿態控制精度和加強太空飛行器的安全設計有著非常重要的工程意義。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：克服現有真空罐剛度無法滿足太空飛行器活動部件實際真空環境測試要求的不足，研製了一種小型高剛度真空環境模擬裝置。滿足太空飛行器活動部件地面真空環境測試精度和剛性要求，為衛星活動部件真空環境擾動特性試驗提供可靠的測試環境。

本發明要解決其技術問題所採用的技術方案是：一種小型高剛度真空環境模擬裝置，包括結構支撐系統、真空環境保障系統、真空環境監測系統以及微振動試驗配套系統，其中：

結構支撐系統主要由內艙體、外艙體、內外艙體之間的水泥層、剛性地基以及艙門組成，內艙體、外艙體之間用水泥灌實，外艙體安裝在剛性地面基礎，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後可實現氣密封；

真空環境保障系統包括螺杆真空泵、擴散泵以及軟管，螺杆真空泵、擴散泵通過橡膠層安裝在地面，並且通過橡皮軟管與外艙體連接，真空環境保障系統可以提供並維持試驗所需的艙內氣壓值和真空度，並且真空環境保障系統與結構支撐系統之間採用軟管連接，不會對整個試驗系統附加額外的振動；

真空環境監測系統主要由壓力監測表、溫度監測表以及觀測鏡組成，壓力監測表安裝在抽氣口管路上，在螺杆泵前端，溫度監測表採用數顯溫度傳感器置於艙室內部，通過接線埠連接外部顯示端，外艙體一側安裝有鋼化玻璃的觀測鏡，真空環境監測系統可以實時監測艙內氣壓和溫度，並且能夠實時觀察到內部試驗情況；

微振動試驗配套系統主要由接線端子以及內艙接口組成，接線端子可以實現將艙內試驗線纜與外部連接，內艙預留的內艙接口是為測試設備提供高剛度的安裝接口，內艙預留的螺紋接口可以為測試設備提供高剛度的安裝界面，接線端子可以實現將艙內試驗線纜與外部連接，且具有高氣密性。

其中，內艙體、外艙體均由一面開口的五面體鋼殼組成，內艙體、外艙體之間用水泥灌實，內艙體內側至外艙體外側厚度為80mm，可以保證較高的剛度和強度，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後可實現氣密封，外艙體安裝在剛性地面基礎，可為試驗提供所需的高剛度基礎支撐，並且外艙體上留有接線端子、抽氣埠以及觀測鏡。

其中，真空環境保障系統所有設備均安裝在艙室外部，螺杆真空泵、擴散泵通過橡膠層安裝在地面，並且通過橡皮軟管與外艙連接。

其中，真空環境監測系統採用led綠屏數字顯示，具有快速的反應速度和寬廣的測量範圍，安裝在抽氣埠管路上，在螺杆泵前端，溫度監測表採用數顯溫度傳感器置於艙室內部，通過接線埠連接外部顯示端，外艙體一側安裝有鋼化玻璃的觀測鏡，可以實時觀測內部試驗系統。

其中，內艙體預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備，且具有較高的安裝剛度。

本發明原理在於：一種小型高剛度真空環境模擬裝置，包括小型結構支撐系統、真空環境保障系統、真空環境監測系統以及微振動試驗配套系統組成，結構支撐系統主要由內外艙體、內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、以及測試設備提供所需的支撐條件，並且具有高剛度、高強度以及高氣密性特點。真空環境保障系統主要包括螺杆真空泵、擴散泵以及連接管路等，可以提供並維持試驗所需的艙內氣壓值和真空度，並且真空環境保障系統與結構支撐系統之間採用軟管連接，不會對整個試驗系統附加額外的振動。真空環境監測系統主要由壓力監測表、溫度監測表以及觀測鏡等組成，可以實時監測艙內氣壓和溫度，並且能夠實時觀察到內部試驗情況。微振動試驗配套系統主要由接線端子以及內艙接口等組成，內艙預留的螺紋接口可以為測試設備提供高剛度的安裝界面，接線端子可以實現將艙內試驗線纜與外部連接，且具有高氣密性。所述的結構支撐系統主要由內外艙體、內外艙體之間的水泥層、剛性地基以及艙門組成。所述的真空環境保障系統主要包括螺杆真空泵、擴散泵以及連接管路等，真空環境保障系統所有設備均安裝在艙室外部，螺杆真空泵、擴散泵通過橡膠層安裝在地面，並且通過橡皮軟管與外艙連接。所述的螺杆真空泵採用yashandaorv30型螺杆真空泵，當其不連接艙體單獨工作時，可將氣壓抽至0.5pa以下，當連接艙體時，可將氣壓抽至10pa以下，且具有運轉平穩，低噪音和低振動等特點。所述的擴散泵採用stks-260型擴散泵排氣臺，當其連接艙體工作時，可將氣壓抽至0.5pa以下。所述的真空環境監測系統主要由壓力監測表、溫度監測表以及觀測鏡等組成。壓力監測表採用zdr-1型電阻真空計，其採用led綠屏數字顯示，安裝在抽氣口管路上，在螺杆泵前端。所述的微振動試驗配套系統主要由接線端子以及內艙接口等組成，接線端子可以實現將艙內試驗線纜與外部連接。內艙預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備。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

(1)本發明通過設計了內外艙體，內外艙體由一面開口的五面體鋼殼組成，鋼殼厚50mm，且內外艙之間用水泥灌實，保證較高了的剛度和強度。外艙安裝在剛性地面基礎，可為試驗提供所需的高剛度基礎支撐。滿足了太空飛行器活動部件地面真空環境測試剛性要求，使得測量精度大大提高。

(2)本發明將真空環境保障系統所有設備均安裝在艙室外部，螺杆真空泵、擴散泵通過橡膠層安裝在地面，極大地避免真空環境保障系統工作時產生的振動對試驗測試的幹擾。

(3)本發明通過軟管連接真空環境保障系統與結構支撐系統，可以提供並維持試驗所需的艙內氣壓值和真空度，並且不會對整個試驗系統附加額外的振動。提高了測量的可靠性。

(4)本發明的內艙預留的螺紋接口可以為測試設備提供高剛度的安裝界面，接線端子可以實現將艙內試驗線纜與外部連接，具有高氣密性，提高了測量系統的適應性。

附圖說明

圖1為本發明小型高剛度真空環境模擬裝置結構示意圖；

圖2為本發明實施例1中艙體內部試驗設施放置示意圖；

圖3為螺杆真空泵工作原理圖；

圖4為擴散泵工作原理圖。

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

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施方式進一步說明本發明。

如圖1所示，本發明的太空飛行器活動部件地面試驗模擬地面實際真空環境的真空設備包括結構支撐系統、真空環境保障系統、真空環境監測系統以及微振動試驗配套系統組成。其中結構支撐系統包括剛性地基7、內艙體2、外艙體1、內外艙體間的水泥層11，可為其它系統、以及測試設備提供所需的支撐條件，並且具有高剛度、高強度以及高氣密性特點。真空環境保障系統主要包括螺杆真空泵6、擴散泵5以及軟管4等，可以提供並維持試驗所需的艙內氣壓值和真空度，並且真空環境保障系統與結構支撐系統之間採用軟管4連接，不會對整個試驗系統附加額外的振動。真空環境監測系統主要由壓力監測表3、溫度監測表13以及觀測鏡10等組成，可以實時監測艙內氣壓和溫度，並且能夠實時觀察到內部試驗情況。微振動試驗配套系統主要由接線端子8以及內艙接口9等組成，內艙預留的螺紋接口可以為測試設備提供高剛度的安裝界面，接線端子8可以實現將艙內試驗線纜與外部連接，且具有高氣密性。

在實施例1中，微振動測試臺和動量輪放在真空罩內艙體2中，如圖2所示；微振動試驗配套設備主要由接線端子8和內部測試臺連接。接線端子9可以實現將內艙2實驗線纜與外部連接，並具有高氣密性。內艙體2和外艙體1留有抽氣埠12，使得螺杆真空泵6、擴散泵5和壓力檢測表3、溫度監測表13可以和艙體內部通過軟管4連接。真空環境保障系統提供並維持試驗所需的艙內氣壓值和真空度。其中的螺杆真空泵6、擴散泵5均使用軟管4通過抽氣埠12與艙內連接。測試過程中，主要通過觀測鏡10來觀察內部實驗情況。真空環境監測系統主要由壓力監測表3、溫度監測表13和觀測鏡10組成，實時監測艙內氣壓、溫度和實驗情況。

如圖3所示，螺杆真空泵是把兩個經過嚴格動平衡校正、用軸承做支撐的螺杆，安裝在泵腔內，並在兩個螺杆之間留下合理的空隙。此設備在運轉的時候，兩個轉子在泵腔內作同步高速反向旋轉，由此來產生吸氣和排氣。它能使氣體不斷的吸入和排出，藉以達到抽氣目的。因為轉子經過嚴格的動平衡校正，並且兩個輪子間也留下了合理的間隙，因此泵工作時，轉子不會相磨擦，運轉平穩，噪音低，並且工作腔內不需潤滑油，消耗功率低，具有節能，免維修等優點，適用於噪音要求比較高的環境。

如圖4所示，擴散泵主要由泵體、噴油嘴、導流管、加熱器、擴散器、冷卻系統部分組成。由於擴散泵進氣口附近被抽氣體的分壓強高於蒸氣流中該氣體的分壓強。這樣，被抽氣體分子沿著蒸氣方向高速運動，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。經過幾次碰撞後，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氣多級壓縮，最後由前級泵抽走，而油蒸氣在冷卻的泵壁上被冷凝後又返回到下層重新被加熱，如此循環工作達到抽氣目的。