气浮轴承在航天器质量特性综合测试设备中的应用.pdf

《气浮轴承在航天器质量特性综合测试设备中的应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、航天器环境工程第28卷第5期482SPA(’ECRAFTENVIRONMENTEN(jINEERING2011ff：10』J气浮轴承在航天器质量特性综合测试设备中的应用徐在峰，王洪鑫，赵科(北京卫星环境工程研究所，北京100094)摘要：文章首先介绍了气浮轴承在航天器质量特性综合测试设备中的应用情况及测量原理，之后对一种球面气浮轴承进行了计算流体动力学(CFD)软件仿真计算，得出了承载力与不同参数的关系及提高承载力的方法；最后总结了航天器质量特性综合测试设备发展趋势。关键词：气浮轴承；航天器；质量特性；综合测试中图分类号：V448．25+1文献标识码：A文章编号：1673-1379

2、(2011)05-0482-04DoI：10．3969(i．issn．1673·1379．2011．05．0160引言随着我国航天事业的高速发展和型号任务的不断增加，采用质量特性综合测试设备进行航天器的质量特性测试已成为我国航天器质量特性测试设备发展的趋势。本文重点介绍球面气浮轴承在航天器质量特性综合测试设备中的应用，同时对一种球面气浮轴承进行计算流体动力学(CFD)软件仿真计算，以期在不久的将来可以将其应用于质量特性综合测试设备中。1航天器质量特性综合测试设备简介所谓质量特性综合测试设备，就是将质量、质心及转动惯量的测试全部集成在一台设备上，通过特定的工装改变航天器在测试设备上的

3、安装位置，来实现一个坐标系下三方向质心测量和绕3个坐标轴的转动惯量测量。该类设备在美国空间电子公司(SpaceElectronics)、德国申克公司(Shenck)，已有相应的产品，并在美国NASA、欧洲ESA及日本NASDA等航天机构得到了应用。国内尽管有科研院校开展了综合测试设备的研究，但目前只有北京卫星环境工程研究所经过多年探索研制出了国内首台航天器质量特性综合测试设备【l之】，并应用于型号试验。2气浮轴承在航天器质量特性综合测试设备中的应用航天器质量特性综合测试设备应用两种形式的气浮轴承——平面气浮轴承和球面气浮轴承。2．1平面气浮轴承在质量特性综合测试设备中的应用平面气浮

4、轴承在国内外的质量特性综合测试设备中均得到了广泛应用，其主要用于航天器的转动惯量测量。由北京卫星环境工程研究所研制的我国首台航天器质量特性综合测试设备就应用了平面气浮轴承进行转动惯量的测量。此平面气浮轴承直径约1．5m，采用多孔环形节流方式，共均匀分布30个节流孑L，供气压力O．5MPa时承载能力可达8000kg以上。美国窄间电子公司的MP系列质量特性综合测试设备【3J和德国申克公司的W50／M6质量特性综合测试设备【4】也都采用了平面气浮轴承进行转动惯量的测量。这类质量特性综合测试设备测量转动惯量的原理如图l所示。被测试件固定在测试台面上，上台面与气浮轴承中心利用圆柱气浮轴承精确

5、定位，上台面通过扭杆与固定台体连接。测量转动惯量时，平面气浮轴承通压缩空气，气体从气腔通过非常小的喷嘴进入气浮轴承与上台面之间的间隙，形成一层气膜将试件连同上台面浮起，建立起无(微)收稿15t期：2010．09．02；修回日期：201l-09．29作者简介：徐在峰(1982一)，男，硕士研究生，主要从事卫星质量特性测试技术的研究。E-mail：zaifeng．xu@gmail．corn。第5期徐在峰等：气浮轴承在航大器质量特性综合测试设备中的应用摩擦条件，同时驱动被测件旋转一个小角度；在扭杆弹簧作用下，被测试件产生周期性摆动，通过精确测量试件的摆动周期从而间接计算出被测件的转动惯量

6、【5】口此方法被称为气浮扭摆法。图l转动惯量测量原理图Fig．1SketchofMOl(momentofinertia)measurement2．2球面气浮轴承在质量特性综合测试设备中的应用目前，球面气浮轴承在我国自主研制的航天器质量特性综合测试设备中还没有应用，只是停留在理论研究阶段。但是在国外，如美国空间电子公司的KSR系列【61综合测试设备中就应用了球面气浮轴承。球面气浮轴承在质量特性综合测试设备中的作用主要是进行转动惯量的测量和质心测量。其用于转动惯量测量的方法与上文中平面气浮轴承的相同，都是采用气浮扭摆法进行测量。对于质心的测量则是采用不平衡力矩法，其测量原理如图2所示【

7、5】04．-图2质心测量原理图Fig．2SkeIchofCOG(centerofgravity)measurement当被测试件置于与气浮球轴承固联的扭摆台面上时，若试件的质心不在球轴承的回转中心，则在被测试件的重力作用下，气浮球轴承间隙会发生偏移，从而产生不平衡力矩。通过力反馈传感器可将此不平衡力矩准确测量出来，将试件质量及此不平衡力矩大小带入力矩公式中，即能够计算出试件的质心位置。将被测件调转180。后再次测量其在同一个坐标平面的质心，将两次测量结果进行平均，能够