在航天器动力学离心状态下使用的电磁振动台

摘要

本发明公开了一种在航天器动力学离心状态下使用的电磁振动台，包括：台体外壳、励磁部件、动圈、动圈支撑和导向部件及强制空气冷却风道.其中，励磁部件主要用于在励磁电流作用下，在台体内部产生一个足够强大的恒定磁场。动圈主要用于在驱动电流作用下，产生一个受振动控制仪控制的交变的直线运动，从而向与动圈固连的受试产品提供振动激励。同时，通过动圈上安装的动圈位置传感器，感知离心状态下动圈平衡位置的变化，使动圈驱动线圈中额外加载一平衡直流电，保证动圈始终处于其应有的平衡位置。动圈支撑和导向部件主要用于为动圈提供支撑和运动导向。强制空气冷却风道用于空气强制对流，使台体在工作时产生的热量被及时排除。

说明书

技术领域

本发明属于航天器动力学试验技术领域，具体来说，本发明涉及一种在航天 器动力学离心状态下使用的电磁振动台。

背景技术

在现代航空、航天器上，电子设备将会受到飞行姿态所带来的离心加速 度和发动机等动力部件所带来的振动的双重作用。因此，机载设备在离心加 速度和振动的双重作用下的可靠性，将是所在航空、航天器工作可靠性的首 要保证条件。目前，在航空航天器的力学试验方面，振动试验和离心试验一 般分时独立进行，分别考核产品对振动或线加速度单项应力的耐受能力。这 与工程实际中振动和离心加速度同时耦合作用的情况存在差异。美国桑地亚 (Sandia)国家实验室的初步研究结论已经表明，加速度过载环境与振动环 境的综合影响并不等于各因素的分别影响之和，在两种或多种环境应力的综 合作用下产品会暴露出在单项应力试验中未发现的问题，因此用独立的试验 手段不能预测复合环境影响下设备的可靠性。为了充分考核航空航天产品在 振动-离心复合环境下的可靠性，十分需要研制一套能够进行振动-加速度耦 合环境试验的试验系统。目前在我国航天领域，离心-振动复合试验设备的 制造和使用尚为空白，而欧美等国的研究经验表明，最为可行的设计方案是 在一台大型离心机上，组合一台激振器。当离心机启动后，随着离心力的增 大，振动台动圈的位置也随之变化，且变化量随离心力的大小和动圈阻尼的 大小而变化，这将会直接影响振动测试系统的正常运行。为使振动测试系统 能在不同的离心加速度下均能正常的工作，首先必须解决振动台动圈中心调 整这一关键技术难题。因此，迫切需要研制一种能在航天器动力学离心状态 下使用的电磁振动台，从而能在对试验样品施加恒加速度应力的同时叠加振 动应力。

其中，动圈是电磁振动台中的已知部件，主要用于在供给的受振动控制 仪控制的交变电压、电流的驱动电流作用下，依据“弗莱明左手法则”产生 一个受振动控制仪控制的交变的直线运动，从而向与动圈固连的受试产品提 供振动激励。同时，为保证在不同大小的离心力作用下，动圈中心均能保持 在合适位置，在振动台的动圈上安装有动圈位置传感器，在动圈位置变化时， 将位置信号转变为电信号，并将该信号传送给外部功率放大器，使动圈驱动 线圈中额外加载有一大小和极性合适的平衡直流电。该平衡直流电在有相对 运动的磁场中，动圈驱动线圈即产生一足以对抗离心力的平衡力，使得动圈 始终处于其应有的平衡位置。动圈主要包括动圈骨架、驱动线圈、中心磁极、 动圈位置传感器等装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能在航天器动力学离心状态下使用的电磁 振动台，用于在对试验样品施加恒加速度应力的同时叠加振动应力。

本发明通过如下技术方案实现：

一种能在航天器动力学离心状态下使用的电磁振动台，主要包括由筒形 的上部罩和筒形下部罩对接构成的外部壳体以及设置在外部壳体内的励磁 部件、可沿轴向自由活动且底部设置有纵向轴的动圈、动圈支撑、导向部件、 强制空气冷却风道；其中，动圈由上部的锥形主体和下部的支撑套筒构成， 动圈整体与外部壳体同轴设置并支撑在动圈支撑上，动圈底部的纵向轴两侧 分别设置有导向轮以限制动圈的径向位移，励磁部件围绕动圈固定在电磁振 动台外部壳体的内壁上，主要包括上励磁线圈、下励磁线圈及上极板、下极 板等部件，用于在供给的恒电压、恒电流的励磁电流作用下，在振动台的壳 体内部产生足够强大的恒定磁场；上励磁线圈设置在动圈的锥形主体附近， 下励磁线圈设置动圈的支撑套筒底部，上励磁线圈上方粘接有用于产生电磁 场的上极板且下励磁线圈下方粘接有用于产生电磁场的下极板，上极板与锥 形主体之间套设有抵靠锥形主体侧面的楔子，楔子顶部固定在外部壳体顶部 设置的可翻折上导向装置并随着上导向装置翻折而上下移动，以和上导向装 置一起对动圈的锥形主体上部进行限位，其中，在动圈的中心磁极内部额外 加装一组直流线圈，直流线圈产生附加的平衡直流电来进行离心状态下动圈 中心位置的调整。

进一步地，动圈底部的纵向轴通过螺钉固定在动圈上。

进一步地，动圈支撑可由气囊和支撑基座构成，气囊优选为两个，相互 叠置。

进一步地，支撑基座优选为圆柱形；

进一步地，动圈支撑还可以采用弹簧支撑结构。

其中，动圈支撑和导向部件主要用于为动圈提供支撑和运动导向，主要 包括动圈下部的空气弹簧支撑及上下两组双支点导向导轮。

其中，强制空气冷却风道用于空气强制对流，使台体在工作时产生的热 量被及时排除。

优选地，动圈上带有动圈位置传感器，当振动台在离心状态下使用时， 动圈中心位置会出现偏移，当动圈中心位置偏移达到±1.5mm时，启动对中 装置，通过在动圈中额外附加一合适的平衡直流电，对动圈中心位置进行调 整，使其回复到应有的平衡位置。

优选地，动圈线圈采用无骨架绕制。

优选地，振动台壳体上预留有螺纹孔，用于与离心机转臂的固定连接； 同时，振动台壳体上配有凹形槽，用于与离心机转臂安装面上凸型台的配合 限位。

优选地，振动台冷却风道进风口为双进风。

本发明具有如下的有益效果：

本发明的电磁振动台能在离心状态下工作，为承受离心线加速度载荷作 用的受试产品提供额外的正弦振动激励、随机振动激励或冲击载荷激励。

振动台可承受的最大离心加速度：40g(空载状态下)，20g(负载≤3kg)， 15g(负载≤5kg)，9g(负载≤10kg)。

离心状态下，振动台可提供的最大激振推力≥1000N(正弦振动或随机 振动时)，≥2000N(冲击时)；最大空载加速度优于50g，最大速度优于 2.0m/s，最大位移优于25.0mm(p-p)；激振频率范围5Hz～4000Hz；满负荷 连续工作时间优于30min。

离心状态下，动圈中心定位精度优于±2mm，且具有稳定状态锁定功能； 动圈侧向承载能力优于100N。

附图说明

图1为本发明的能在航天器动力学离心状态下使用的电磁振动台的主视 图。

其中：1动圈；2上部罩；3上导向系统；4上极板；5励磁线圈；6中 心磁极；7下极板；8下部罩；9支撑基座；10气囊；11下导向系统； 12中心联接螺钉；13楔子。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的一种能在航天器动力学离心状态下使用的电磁 振动台进行详细说明，具体实施方式仅为示例的目的，并不旨在限制本发明的 保护范围。

参照图1，图1显示了本发明的一种能在航天器动力学离心状态下使用 的电磁振动台的主视图。根据附图显示可以知晓，本发明的一种能在航天器 动力学离心状态下使用的电磁振动台包括动圈1、上部罩2、上导向系统3、 上极板4、励磁线圈5、中心磁极6、下极板7、下部罩8、支撑基座9、气 囊10、下导向系统11、中心联接螺钉12、楔子13。其中，励磁线圈5固定 在电磁振动台壳体上，其上、下各有上级板4和下极板7，在励磁线圈中通 以恒电压、恒电流的励磁电流，在台体内部可产生一个足够强大的恒定磁场。 动圈1装配在中心磁极6上，通以受振动控制仪控制的交变电压、电流的驱 动电流，在励磁线圈产生的恒定磁场中，依据“弗莱明左手法则”，产生一 个交变的直线运动，从而向与动圈固连的受试产品提供振动激励。动圈上带 有动圈位置传感器，当振动台在离心状态下使用时，动圈中心位置会出现偏 移，当动圈中心位置偏移达到±1.5mm时，启动对中装置，通过在动圈中额 外附加一合适的平衡直流电，对动圈中心位置进行调整，使其回复到应有的 平衡位置。支撑基座9和气囊10组成空气弹簧，为动圈1提供弹性支撑， 中心联接螺钉12用于动圈1和空气弹簧的连接与中心定位。上导向系统3、 下导向系统11通过两组导轮双支点导向，对动圈在电磁场中的运动方向进 行导向和限位，使动圈振动波形好，振动精度高，加速度失真度小。楔子 13用于对动圈的轴向位移进行限位。上部罩2螺接在振动台台体外壳上部， 主要起防尘、防水的功能，并带有进风口。通气罩8螺接在振动台台体外壳 下部，带有风道管，用于振动台与冷却风机的风道连接。

本发明的电磁振动台具有如下技术优势。

(1)可在离心状态下使用：由于本发明的一种能在航天器动力学离心状 态下使用的电磁振动台可针对不同离心力大小自动调整动圈中心位置，且对中 调整响应快、精度高，因此可在离心状态下使用。

(2)结构简单：本发明的一种能在航天器动力学离心状态下使用的电磁 振动台采用采用附加平衡直流电的技术方案来进行离心状态下动圈中心位 置的调整，无需对振动台原结构进行大幅改动，因此振动台整体结构简单， 可靠性高。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的 是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精 神和所附的权利要求所记载的范围。