本發(fā)明屬于航天器地面試驗領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于真空熱環(huán)境試驗中的電動轉(zhuǎn)臺,可以為被試產(chǎn)品提供可調(diào)的恒定轉(zhuǎn)速以及供電、信號傳輸通道。

背景技術(shù)：

隨著我國航空航天事業(yè)的飛速發(fā)展，航天器或航空器對于真空熱試驗的需求也越來越高，且試驗的復(fù)雜程度越來越高。航天器在軌運行時，相對于太陽，地球的位置及方向是不斷變化的，因此到達星體表面的外熱流也是隨航天器在軌飛行而不斷變化的；航空器在軌飛行時多數(shù)為自旋形態(tài)，其受到的外熱流影響與其旋轉(zhuǎn)姿態(tài)有關(guān)。

星載大中型天線作為航天器關(guān)鍵部件安裝于航天器表面上，它對周圍環(huán)境溫度的變化比較敏感，由熱引起的光學(xué)和機械誤差將直接導(dǎo)致增益的下降，甚至嚴重影響天線的電性能，進而影響航天器運行的可靠性和使用壽命。同時，星載天線因在外層空間環(huán)境工作，長期經(jīng)受高低溫的交替加熱和冷卻，引起溫度的劇烈變化，雖然系統(tǒng)中有熱控制措施，但仍可能會導(dǎo)致天線平面發(fā)生形變，致使天線電性能受到一定影響，因此為了驗證衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)方案與工藝方案的合理性和協(xié)調(diào)性，保證產(chǎn)品的可靠性，需要對天線進行熱環(huán)境試驗，并對其進行熱變形測量。

現(xiàn)有的試驗系統(tǒng)和方法存在如下問題：

在傳統(tǒng)天線熱變形測量試驗中，為檢測天線變形，一般采用相機采集試驗圖像的方式來測量天線的變形量，在對天線進行變形測量的時候，需要在天線響應(yīng)位置上粘貼靶標，測量時靶標容易受外熱流模擬用紅外籠帶條遮擋，從而影響相機采集靶標數(shù)量和數(shù)據(jù)分析；支撐相機二維運動的工裝占據(jù)空間環(huán)境模 擬室內(nèi)大量空間，相機密封保護裝置氣路復(fù)雜，安裝不便；對于輪廓較為復(fù)雜的天線，測量有難度，均勻性差；無法為需要旋轉(zhuǎn)的試驗件提供旋轉(zhuǎn)平臺，以便真實模擬其在軌飛行姿態(tài)，地面試驗過程與真實環(huán)境存在較大差距，試驗數(shù)據(jù)不能保證客觀有效。

如果在天線變形試驗中使相機固定不動，將天線安裝在一個旋轉(zhuǎn)臺上，使天線在試驗過程轉(zhuǎn)動，既能保證試件溫度均勻恒定，又減少遮擋，同時還能減少真空罐內(nèi)工裝數(shù)量。尤其是對于輪廓較為復(fù)雜的天線試件，旋轉(zhuǎn)臺可以很好的調(diào)節(jié)試件在空間環(huán)境模擬器內(nèi)的姿態(tài)，從而使得天線變形測量過程更簡便、測試結(jié)果更精確。

但空間環(huán)境模擬室內(nèi)部為高真空、深冷環(huán)境，普通的電動轉(zhuǎn)臺無法在其環(huán)境下正常工作，需要設(shè)計一種能夠經(jīng)受低溫，真空環(huán)境的電動轉(zhuǎn)臺，并保證不破壞空間環(huán)境模擬室的正常狀態(tài)，最終使用這種電動轉(zhuǎn)臺為航天器或航空器提供姿態(tài)模擬平臺，并通過簡化外熱流模擬用的紅外籠或紅外燈陣加熱方式，既保證了熱試驗過程真實模擬飛行姿態(tài)，又減少了試驗配套工裝，能夠以最小的成本真實有效地開展地面試驗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于真空熱環(huán)境試驗中的電動轉(zhuǎn)臺,可以為被試產(chǎn)品提供可調(diào)的恒定轉(zhuǎn)速以及供電、信號傳輸通道。本轉(zhuǎn)臺不僅能夠應(yīng)用于天線真空熱試驗變形測量過程中調(diào)節(jié)天線旋轉(zhuǎn)位置，而且能夠為需要旋轉(zhuǎn)的參試產(chǎn)品提供模擬旋轉(zhuǎn)姿態(tài)的功能。

本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

用于真空低溫環(huán)境下的電動轉(zhuǎn)臺,主要包括轉(zhuǎn)臺支架，轉(zhuǎn)臺動盤，轉(zhuǎn)臺定盤，轉(zhuǎn)臺主軸，電機，軟軸，傘齒傳動機構(gòu)，導(dǎo)電環(huán)、熱防護裝置、穿墻密封單元、控制系統(tǒng)，在真空低溫環(huán)境的空間環(huán)境模擬艙內(nèi)的水平導(dǎo)軌上安裝轉(zhuǎn)臺支架，通過金屬支撐柱在轉(zhuǎn)臺支架上方固定轉(zhuǎn)臺定盤，轉(zhuǎn)臺主軸和傳動齒輪組安放在支撐柱撐起的空間內(nèi)，轉(zhuǎn)臺主軸一端延伸至轉(zhuǎn)臺支架下方與導(dǎo)電環(huán)及測量主軸 轉(zhuǎn)動角度的角度傳感器聯(lián)接，另一端延伸至轉(zhuǎn)臺定盤上方與轉(zhuǎn)臺動盤聯(lián)接，驅(qū)動電機和控制系統(tǒng)放置在空間環(huán)境模擬艙外，電機傳動主軸通過聯(lián)軸器一與扭矩傳感器聯(lián)接，扭矩傳感器再通過聯(lián)軸器二聯(lián)接硬軸，通過穿墻密封單元將動力輸送至空間環(huán)境模擬艙內(nèi)的硬軸，空間環(huán)境模擬艙內(nèi)的硬軸通過聯(lián)軸器三與軟軸聯(lián)接，軟軸再通過聯(lián)軸器四與空間環(huán)境模擬艙內(nèi)傘齒傳動機構(gòu)聯(lián)接，傘齒傳動機構(gòu)通過傳動齒輪組的嚙合驅(qū)動主軸，實現(xiàn)整個轉(zhuǎn)臺的傳動，上位機與PLC組成的控制系統(tǒng)根據(jù)角度傳感器的測量值調(diào)節(jié)電機的輸出功率，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)動角度定位。

其中，轉(zhuǎn)臺支架用于固定轉(zhuǎn)臺及其零部件，支撐轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)，采用不銹鋼焊接的框架結(jié)構(gòu)，通過螺釘將轉(zhuǎn)臺支架的四腳與空間環(huán)境模擬艙內(nèi)導(dǎo)軌固定，支架表面中心開孔，固定放置軸承，便于轉(zhuǎn)臺主軸穿出。

其中，轉(zhuǎn)臺定盤制作成過孔型，在其孔中固定放置軸承，將轉(zhuǎn)臺主軸從軸承孔中穿出并與轉(zhuǎn)臺動盤聯(lián)接，轉(zhuǎn)臺定盤上表面鋪設(shè)有接觸材料，將轉(zhuǎn)臺動盤平壓在轉(zhuǎn)臺定盤上表面。

其中，轉(zhuǎn)臺主軸為不銹鋼中空型，其上下端面留有螺紋沉孔，用于連接法蘭盤，連接完成后的上端面法蘭盤與轉(zhuǎn)臺動盤螺接，下端面法蘭盤與導(dǎo)電環(huán)和角度傳感器連接。

其中，轉(zhuǎn)臺主軸軸向外表面帶有楔形齒輪，用于傘齒輪傳動，傘齒傳動機構(gòu)徑向外套軸承，實現(xiàn)相交軸間的傳動，將動力傳輸至轉(zhuǎn)臺主軸，驅(qū)動轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)。

其中，轉(zhuǎn)臺動盤盤面上方預(yù)留參試產(chǎn)品的安裝孔位，通過螺釘可將參試產(chǎn)品與動盤固定，實現(xiàn)聯(lián)動，旋轉(zhuǎn)過程中通過導(dǎo)電環(huán)將參試產(chǎn)品需要的供電信號和測試信號引出轉(zhuǎn)臺。

其中，驅(qū)動電機放置在模擬室外，通過電機支架支撐并固定，采用循環(huán)水冷卻形式進行散熱。

其中，在空間環(huán)境模擬艙的艙壁上安裝有穿墻密封單元，穿墻密封單元為 長筒法蘭脖套，一端與模擬室艙外的法蘭密封面連接，另一端延伸至模擬室內(nèi)，密封單元中使用雙層金屬波紋管與模擬室隔離，金屬波紋管內(nèi)部與模擬室內(nèi)真空度一致，金屬波紋管外部為常壓狀態(tài)，電機傳動主軸穿過密封單元艙外端面的軸承，并在其端面安裝齒輪，金屬波紋管內(nèi)部的硬軸端頭安裝有齒輪，與電機傳動主軸端面齒輪聯(lián)接，金屬波紋管連同內(nèi)部的硬軸隨電機傳動主軸的轉(zhuǎn)動做搖動，通過密封單元位于模擬室內(nèi)端面中的軸承將動力輸送至模擬室內(nèi)，傳動過程中金屬波紋管不承受扭矩的作用。

其中，導(dǎo)電環(huán)固定在轉(zhuǎn)臺主軸軸向開孔下方，其動環(huán)與轉(zhuǎn)臺主軸下端面螺紋沉孔聯(lián)接，隨轉(zhuǎn)臺同步轉(zhuǎn)動，其定環(huán)固定在轉(zhuǎn)臺支架上，通過熱防護裝置對導(dǎo)電環(huán)進行溫度控制，滿足其工作溫度要求。

進一步地，導(dǎo)電環(huán)傳輸?shù)墓╇娦盘柺怯煽刂葡到y(tǒng)中的供電模塊經(jīng)由穿墻接插件、電纜、定環(huán)接插件、滑環(huán)、連接線輸送至參試產(chǎn)品，導(dǎo)電環(huán)傳輸?shù)臏y量信號經(jīng)由滑環(huán)、定環(huán)上的接插件、電纜、穿墻法蘭上的接插件引出至模擬室艙外，連接控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊。

其中，控制系統(tǒng)負責(zé)將供電信號輸送給導(dǎo)電環(huán)，并將導(dǎo)電環(huán)傳輸?shù)臏y量信號進行處理，控制系統(tǒng)通過這角度、扭矩傳感器測量的扭矩和角度數(shù)值，控制轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動角度并判斷轉(zhuǎn)臺的狀態(tài)是否正常。

其中，為保證不破壞空間環(huán)境模擬室的工作狀態(tài)，所有的軸承均采用自潤滑或無潤滑零件，在齒輪咬合部位使用二硫化鉬進行潤滑。

本發(fā)明解決了天線、自旋航空器地面熱試驗的關(guān)鍵技術(shù)難點，實現(xiàn)參試產(chǎn)品試驗中的姿態(tài)調(diào)整，利用本系統(tǒng)構(gòu)建的試驗系統(tǒng)比現(xiàn)有試驗方法實施更靈活簡單，試驗更真實，對產(chǎn)品考核更充分，節(jié)約模擬室內(nèi)空間。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需使用的附圖作簡單地介紹。

圖1為本發(fā)明的真空低溫下電動轉(zhuǎn)臺的系統(tǒng)示意圖。

其中，1—空間環(huán)境模擬艙；2—轉(zhuǎn)臺臺體部分；3—轉(zhuǎn)臺傳動部分。

圖2為本發(fā)明的轉(zhuǎn)臺臺體部分的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，21—轉(zhuǎn)臺支架；22—轉(zhuǎn)臺動盤；23—轉(zhuǎn)臺定盤；24—轉(zhuǎn)臺主軸；25—傘齒傳動機構(gòu)；26—導(dǎo)電環(huán)及角度傳感器；27—熱防護裝置；28—聯(lián)軸器四。

圖3為本發(fā)明的轉(zhuǎn)臺傳動部分結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，31—電機；32—聯(lián)軸器一；33—扭矩傳感器；34—聯(lián)軸器二；35—穿艙密封單元；36—聯(lián)軸器三；37—軟軸；38—電機支架；1—空間環(huán)境模擬艙。

具體實施方式

以下介紹的是作為本發(fā)明所述內(nèi)容的具體實施方式，下面通過具體實施方式對本發(fā)明的所述內(nèi)容作進一步的闡明。當然，描述下列具體實施方式只為示例本發(fā)明的不同方面的內(nèi)容，而不應(yīng)理解為限制本發(fā)明范圍。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明：

圖1為本發(fā)明的真空低溫下電動轉(zhuǎn)臺的系統(tǒng)示意圖；本發(fā)明的轉(zhuǎn)臺臺體部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的轉(zhuǎn)臺傳動部分結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的真空低溫下電動轉(zhuǎn)臺，包括設(shè)置在真空低溫環(huán)境的空間環(huán)境模擬艙中的轉(zhuǎn)臺臺體部分2和設(shè)置在真空低溫環(huán)境的空間環(huán)境模擬艙外的轉(zhuǎn)臺傳動部分3，其中，在空間環(huán)境模擬艙1內(nèi)的水平導(dǎo)軌上安裝轉(zhuǎn)臺支架21，轉(zhuǎn)臺支架21用于固定轉(zhuǎn)臺及其零部件，支撐轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)，采用不銹鋼焊接的框架結(jié)構(gòu)，通過螺釘將轉(zhuǎn)臺支架21的四腳與轉(zhuǎn)臺支架21內(nèi)導(dǎo)軌固定，支架表面中心開孔，固定放置軸承，便于轉(zhuǎn)臺主軸24穿出。通過金屬支撐柱在支架上方固定轉(zhuǎn)臺定盤23，轉(zhuǎn)臺定盤23設(shè)計制作成過孔型。在其孔中固定放置軸承，將轉(zhuǎn)臺主軸24從軸承孔中穿出并與轉(zhuǎn)臺動盤22聯(lián)接。轉(zhuǎn)臺定盤23上表面鋪設(shè)有接觸材料，將轉(zhuǎn)臺動盤21平壓在轉(zhuǎn)臺定盤23上表面。轉(zhuǎn)臺主軸24和傳動齒輪組安放在支撐柱撐起的空間內(nèi)，轉(zhuǎn)臺主軸24一端延伸至轉(zhuǎn)臺支架21下方與導(dǎo)電環(huán)及角度傳感器26 聯(lián)接，另一端延伸至轉(zhuǎn)臺定盤23上方與轉(zhuǎn)臺動盤22聯(lián)接。驅(qū)動電機31和控制系統(tǒng)設(shè)置在空間環(huán)境模擬艙1外，轉(zhuǎn)臺主軸24為不銹鋼中空型，其上下端面留有螺紋沉孔，用于連接法蘭盤，連接完成后的上端面法蘭盤與轉(zhuǎn)臺動盤22螺接，下端面法蘭盤與導(dǎo)電環(huán)和角度傳感器26連接。轉(zhuǎn)臺主軸24軸向外表面帶有楔形齒輪，用于傘齒輪傳動。傘齒傳動機構(gòu)25徑向外套軸承，實現(xiàn)相交軸間的傳動，將動力傳輸至轉(zhuǎn)臺主軸24，驅(qū)動轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)臺動盤22盤面上方預(yù)留參試產(chǎn)品的安裝孔位，通過螺釘可將參試產(chǎn)品與動盤固定，實現(xiàn)聯(lián)動。旋轉(zhuǎn)過程中通過導(dǎo)電環(huán)將參試產(chǎn)品需要的供電信號和測試信號引出轉(zhuǎn)臺。參見圖3，電機傳動主軸24通過聯(lián)軸器一32與扭矩傳感器33聯(lián)接，并通過聯(lián)軸器二34聯(lián)接硬軸，通過穿墻密封單元35將動力輸送至空間環(huán)境模擬艙內(nèi)的硬軸，空間環(huán)境模擬艙內(nèi)的硬軸通過聯(lián)軸器三36與軟軸37聯(lián)接，軟軸37再通過聯(lián)軸器四28與空間環(huán)境模擬艙內(nèi)的傘齒傳動機構(gòu)25聯(lián)接，傘齒傳動機構(gòu)25與主軸24聯(lián)接，實現(xiàn)整個轉(zhuǎn)臺的傳動。上位機與PLC組成的控制系統(tǒng)根據(jù)角度傳感器的測量值調(diào)節(jié)電機31的輸出功率，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)動角度定位。

在一實施方式中，驅(qū)動電機放置在空間環(huán)境模擬艙外，通過電機支架38支撐并固定，采用循環(huán)水冷卻形式進行散熱。在空間環(huán)境模擬艙的艙壁上安裝有穿艙密封單元35筒法蘭脖套，一端與模擬室艙外的法蘭密封面連接，另一端延伸至空間環(huán)境模擬艙內(nèi)，穿艙密封單元35中使用雙層金屬波紋管與模擬室隔離，金屬波紋管內(nèi)部與模擬室內(nèi)真空度一致，金屬波紋管外部為常壓狀態(tài)，電機傳動主軸穿過穿艙密封單元35艙外端面的軸承，并在其端面安裝齒輪，金屬波紋管內(nèi)部的硬軸端頭安裝有齒輪，與電機傳動主軸端面齒輪聯(lián)接，金屬波紋管連同內(nèi)部的硬軸隨電機傳動主軸的轉(zhuǎn)動做搖動，通過密封單元位于模擬室內(nèi)端面中的軸承將動力輸送至模擬室內(nèi)，傳動過程中金屬波紋管不承受扭矩的作用。

在一實施方式中，導(dǎo)電環(huán)固定在轉(zhuǎn)臺主軸軸向開孔下方，其動環(huán)與轉(zhuǎn)臺主 軸下端面螺紋沉孔聯(lián)接，隨轉(zhuǎn)臺同步轉(zhuǎn)動，其定環(huán)固定在轉(zhuǎn)臺支架上。通過熱防護裝置27對導(dǎo)電環(huán)進行溫度控制,滿足其工作溫度要求。導(dǎo)電環(huán)傳輸?shù)墓╇娦盘柺怯煽刂葡到y(tǒng)中的供電模塊經(jīng)由穿墻接插件、電纜、定環(huán)接插件、滑環(huán)、連接線輸送至參試產(chǎn)品，導(dǎo)電環(huán)傳輸?shù)臏y量信號經(jīng)由滑環(huán)、定環(huán)上的接插件、電纜、穿墻法蘭上的接插件引出至模擬室艙外，連接控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊。

在一實施方式中，控制系統(tǒng)負責(zé)將供電信號輸送給導(dǎo)電環(huán)，并將導(dǎo)電環(huán)傳輸?shù)臏y量信號進行處理?？刂葡到y(tǒng)通過這角度、扭矩傳感器測量的扭矩和角度數(shù)值，控制轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動角度并判斷轉(zhuǎn)臺的狀態(tài)是否正常。

參試產(chǎn)品安裝在本發(fā)明電動轉(zhuǎn)臺上進行真空熱試驗的實際過程如下：

參試產(chǎn)品通過螺釘固定在電動轉(zhuǎn)臺的動盤臺面上，將試驗中需要的供電信號電纜和測量信號電纜通過電連接器與導(dǎo)電環(huán)提供的接插件進行連接，再通過空間環(huán)境模擬室的穿艙法蘭將各類信號電纜引出至模擬室外的供電設(shè)備和信號采集設(shè)備上。轉(zhuǎn)臺的一側(cè)通過軟軸將傳動部分和臺體部分進行連接，另一側(cè)放置試驗用加熱裝置，試驗過程中，空間環(huán)境模擬器內(nèi)維持真空、低溫環(huán)境，電機在外部驅(qū)動軟軸進行扭擺運動，將轉(zhuǎn)動慣量傳遞到轉(zhuǎn)臺的傘齒傳動結(jié)構(gòu)上帶動轉(zhuǎn)臺主軸完成旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)臺上布置得角度傳感器和電機輸出端的扭矩傳感器反饋控制轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動速度，參試產(chǎn)品隨著轉(zhuǎn)臺進行旋轉(zhuǎn)運動，在加熱裝置的熱輻射下完成溫度的升降，同時通過信號電纜和導(dǎo)電環(huán)將參試產(chǎn)品上布置得溫度、應(yīng)力等傳感器的信號傳輸至模擬室外的采集設(shè)備上，完成試驗的信號采集工作。

盡管上文對本發(fā)明的具體實施方式給予了詳細描述和說明，但是應(yīng)該指明的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以依據(jù)本發(fā)明的精神對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用在未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應(yīng)在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。