航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)，涉及航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。該系統(tǒng)主要由多功能結(jié)構(gòu)單元(MFSU)、數(shù)據(jù)處理單元(DPU)、電源管理單元(BMU)、放電負(fù)載、地面專檢設(shè)備、地面專檢計(jì)算機(jī)、地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)以及顯示投影系統(tǒng)等組成，其中MFSU、DPU、BMU等單機(jī)與地面專檢設(shè)備構(gòu)成了一顆模擬衛(wèi)星。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多功能結(jié)構(gòu)單元的充/放電功能及系統(tǒng)的減振功能演示與驗(yàn)證。本發(fā)明專利技術(shù)能夠全面展示一種集承載、減振與能源等功能于一體的航天多功能結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)新功能與新技術(shù)，突出其先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)、固態(tài)鋰離子電池技術(shù)和結(jié)構(gòu)減振技術(shù)，展示其衛(wèi)星結(jié)構(gòu)與電源分系統(tǒng)一體化融合的優(yōu)勢(shì)。

A new ground simulation demonstration system for aerospace multifunction structures

The present invention provides a new concept ground simulation demonstration and verification system for aerospace multifunctional structure, relating to the field of spacecraft structural design. The system is mainly composed of multifunctional structural unit (MFSU), a data processing unit (DPU), power management unit (BMU), discharge load and ground test equipment for special inspection, computer, ground monitoring computer and display projection systems, including MFSU, DPU, BMU and other stand-alone and ground test equipment for a a simulated satellite. The system can realize the charging / discharging function of multi-function structure units and demonstrate and validate the vibration reduction function of the system. The new function of space multi functional structure of the invention can fully display a set of bearing, vibration and energy and other functions in one of the new technology, the advanced composite material technology, solid state lithium ion battery technology and structural vibration technology, demonstrating its satellite structure and power system of integration.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
，具體的涉及一種新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
近二十年來，伴隨著多芯片模塊技術(shù)、高性能復(fù)合材料技術(shù)、柔性電路連接技術(shù)、先進(jìn)熱控技術(shù)等的發(fā)展，航天多功能結(jié)構(gòu)技術(shù)破繭而出并快速發(fā)展。該技術(shù)將數(shù)據(jù)處理、輻射防護(hù)、熱控、蓄電等功能與航天結(jié)構(gòu)有機(jī)融合為一體，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、功能和材料的一體化設(shè)計(jì)，可以消除傳統(tǒng)衛(wèi)星大量的冗余質(zhì)量和體積，有效提高衛(wèi)星的可用空間和有效載荷比，大幅縮短衛(wèi)星的設(shè)計(jì)和制造周期，并能有效延長(zhǎng)衛(wèi)星的壽命。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)多功能結(jié)構(gòu)技術(shù)高度重視，進(jìn)行了一系列基礎(chǔ)研究，部分關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了空間飛行試驗(yàn)的演示驗(yàn)證，例如美國(guó)航空航天局、洛克希德·馬丁空間系統(tǒng)公司和美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室對(duì)結(jié)構(gòu)/電子/熱控/輻射防護(hù)高度集成的多功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列研究，制備出了高度集成的多功能結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)方面，國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)等高校也開展了多功能結(jié)構(gòu)技術(shù)的概念設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、地面試驗(yàn)和空間飛行試驗(yàn)等研究。目前航天多功能結(jié)構(gòu)技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)/電池、結(jié)構(gòu)/電子、結(jié)構(gòu)/電纜、結(jié)構(gòu)/熱控、結(jié)構(gòu)/防護(hù)等功能的融合均已進(jìn)行了設(shè)計(jì)和考慮，相關(guān)概念也已提出，但是還沒有對(duì)結(jié)構(gòu)與減振功能的融合進(jìn)行研究，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也未見報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了現(xiàn)有技術(shù)中尚無實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下用于在軌裝置演示、充放電和減震功能檢測(cè)的設(shè)備的技術(shù)問題。本專利技術(shù)提供了一種新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)，包括：艙體，用于模擬在軌航天器，艙體內(nèi)設(shè)置：待演示的多功能結(jié)構(gòu)單元，多功能結(jié)構(gòu)單元貼設(shè)于艙體的內(nèi)壁上，地面專檢設(shè)備，操作人員通過地面專檢設(shè)備完成BMU、DPU和飛輪分別與地面專檢計(jì)算機(jī)的指令和遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸；BMU，用于對(duì)多功能結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的鋰電池進(jìn)行充/放電控制，并向DPU傳輸電信號(hào)；DPU，用于采集、存儲(chǔ)、處理和傳輸多功能結(jié)構(gòu)單元的工作參數(shù)，并與BMU和多功能結(jié)構(gòu)單元通過電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；采集卡，用于采集飛輪對(duì)多功能結(jié)構(gòu)單元提供加速度后，多功能結(jié)構(gòu)單元產(chǎn)生的加速度信息，并向DPU傳輸多功能結(jié)構(gòu)單元的加速度信息；飛輪，用于為多功能結(jié)構(gòu)單元提供加速度；艙體外設(shè)置：地面專檢計(jì)算機(jī)，用于通過遙測(cè)遙控設(shè)備與地面專檢設(shè)備進(jìn)行遙測(cè)遙控信息交互；地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)，用于存儲(chǔ)、分析地面專檢計(jì)算機(jī)輸出的電壓、溫度和加速度數(shù)據(jù)，并通過電纜將所得處理結(jié)果通過投影儀顯示。進(jìn)一步地，地面專檢設(shè)備包括：主控電路模塊，用于對(duì)模擬量采集模塊、矩陣遙控指令與DR量采集模塊、電源變換及控制模塊、模擬鋰電池輸出電壓模塊和LVDS通信模塊進(jìn)行控制，主控電路模塊通過RS232接口與用于對(duì)多所得結(jié)果進(jìn)行顯示與數(shù)據(jù)保存的測(cè)試計(jì)算機(jī)進(jìn)行指令數(shù)據(jù)交互，主控電路模塊與DPU遙測(cè)數(shù)據(jù)指令交互；模擬量采集模塊，用于對(duì)輸入的18路模擬量、雙電平量和8路測(cè)定多功能結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的電池溫量的接收、通道切換、信號(hào)調(diào)理以及采集，受主控電路模塊發(fā)出的選通控制信號(hào)控制；矩陣遙控指令與DR量采集模塊，用于對(duì)20路矩陣遙控指令的發(fā)送和10路矩陣式繼電器開關(guān)狀態(tài)量的遙測(cè)采集，并對(duì)BMU和DPU進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；電源變換及控制模塊，用于將交流電壓220V轉(zhuǎn)換為100VDC和30VDC輸出，并且通過DC-DC芯片將30V轉(zhuǎn)換為±12V和+5V為地檢專用設(shè)備供電；模擬鋰電池輸出電壓模塊，用于為BMU提供22路多功能結(jié)構(gòu)單元的電池電壓信號(hào)；LVDS通信模塊，用于接收DPU的數(shù)傳數(shù)據(jù)，并輸出至測(cè)試計(jì)算機(jī)。進(jìn)一步地，艙體還包括：熱輻射器，用于以熱量形式向艙體外泄放多功能結(jié)構(gòu)單元能量，熱輻射器設(shè)置于艙體頂面的外壁上；多個(gè)攝像頭，用于監(jiān)控艙體內(nèi)部情況，設(shè)置于多功能結(jié)構(gòu)單元的兩相對(duì)艙體側(cè)壁上；多個(gè)LED顯示燈，用于指示多功能單元結(jié)構(gòu)的所處充/放電狀態(tài)，設(shè)置于顯示器兩相對(duì)側(cè)；攝像頭、采集卡、地面專檢計(jì)算機(jī)和地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間通過無線通信模塊相互通信；BMU、飛輪、采集卡、DPU和地面專檢設(shè)備容納于艙體內(nèi)并相互間隔地設(shè)置于艙體的底面上。進(jìn)一步地，艙體為矩形由括東板、西板、南板、北板、底板和頂板可拆卸地組裝而成，頂板、東板、北板的外表面還包覆有熱包材料；南板和西板為透明的有機(jī)玻璃。進(jìn)一步地，北板包括北外板和北內(nèi)板，北外板為回字型板，MFSU通過20個(gè)安裝螺釘安裝在北外板上；北內(nèi)板為回字型蓋板，蓋設(shè)于MFSU上，北內(nèi)板的底部設(shè)有出線孔。進(jìn)一步地，艙體還包括設(shè)置于東板的顯示器，包括東外板與東內(nèi)板，東外板為回字型板，顯示器安裝于東外板上，東內(nèi)板為回字型蓋板，蓋設(shè)于顯示器上。進(jìn)一步地，熱輻射器包括用于向外散發(fā)熱量的鍋狀輻射器和加熱片，鍋狀輻射器設(shè)置于艙體頂上，加熱片貼設(shè)于鍋狀輻射器內(nèi)壁。進(jìn)一步地，艙體的頂板周緣上設(shè)有用于吊起艙體的吊環(huán)，艙體的底板周緣上設(shè)有腳輪。進(jìn)一步地，腳輪上設(shè)有鎖緊手輪和/或腳輪套。本專利技術(shù)的技術(shù)效果：本專利技術(shù)提供的一種新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)，具有充電功能演示、放電功能演示和減振功能演示的功能，能夠全面展示和演示多功能結(jié)構(gòu)單元的各項(xiàng)功能與技術(shù)，能用于展示多功能結(jié)構(gòu)單元中所用的先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)所具有的各項(xiàng)優(yōu)異性能。對(duì)于多功能結(jié)構(gòu)單元中所包含的固態(tài)鋰離子電池以及該結(jié)構(gòu)所具有的結(jié)構(gòu)減振功能也可以簡(jiǎn)便的得到展示。充分展示了衛(wèi)星結(jié)構(gòu)與電源分系統(tǒng)一體化融合的優(yōu)勢(shì)。具體請(qǐng)參考根據(jù)本專利技術(shù)的新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)提出的各種實(shí)施例的如下描述，將使得本專利技術(shù)的上述和其他方面顯而易見。附圖說明圖1是本專利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施例新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施例中艙體立體示意圖；圖3是本專利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施例中艙體主視示意圖；圖4是本專利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施例中艙體北板拆分示意圖；圖5是本專利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施例中艙體東板拆分示意圖；圖6是本專利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施例一種新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)的內(nèi)部設(shè)備供電示意圖；圖7是本專利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施例一種新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)的內(nèi)部設(shè)備信息流走向示意圖；圖8；是本專利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施例中地面專檢設(shè)備內(nèi)部連接關(guān)系圖；圖9是本專利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施例中地面專檢設(shè)備的內(nèi)部組成關(guān)系及其與新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)間連接關(guān)系示意圖。圖例說明：100、艙體；110、北板；111、北外板；112、北內(nèi)板；113、出線孔；120、東板；121、東內(nèi)板；122、東外板；200、MFSU；300、BMU；400、采集卡；410、顯示器；420、攝像頭；430、LED顯示燈；440、熱輻射器；450、無線通信模塊；500、飛輪；600、DPU；700、地面專檢設(shè)備；810、地面專檢計(jì)算機(jī)；820、地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)；830、投影儀。具體實(shí)施方式構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本專利技術(shù)的進(jìn)一步理解，本專利技術(shù)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本專利技術(shù)，并不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)的不當(dāng)限定。本文中，MFSU——多功能結(jié)構(gòu)單元(Multi-FunctionalStructureUnit)；BMU——電源管理單元(BatteryManageUnit)；DPU——數(shù)據(jù)處理單元(DataProcessingUnit)。參見圖1，本專利技術(shù)提供了一種新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)，包括：艙體，用于模擬在軌航天器，所述艙體內(nèi)設(shè)置：待演示的多功能結(jié)構(gòu)單元，所述多功能結(jié)構(gòu)單元貼設(shè)于所述艙體的內(nèi)壁上，地面專檢設(shè)備，操作人員通過地面專檢設(shè)備完成BMU、DPU和飛輪分別與地面專檢計(jì)算機(jī)的指令和遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸；所述BMU，用于對(duì)所述多功能結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的鋰電池進(jìn)行充/放電控制，并向DPU傳輸電信號(hào)；所述DPU，用于采集、存儲(chǔ)、處理和傳輸所述多功能結(jié)構(gòu)單元的工作參數(shù)，并與所述BMU和所述多功能結(jié)構(gòu)單元通過電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；采集卡，用于采集所述飛輪對(duì)所述多功能結(jié)構(gòu)單元提供加速度后，所述多功能結(jié)構(gòu)單元產(chǎn)生的加速度信息，并向所述DPU傳輸所述多功能結(jié)構(gòu)單元的加速度信息；飛輪，用于為所述多功能結(jié)構(gòu)單元提供加速度；所述艙體外設(shè)置：地面專檢計(jì)算機(jī)，用于通過遙測(cè)遙控設(shè)備與所述地面專檢設(shè)備進(jìn)行遙測(cè)遙控信息交互；地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)，用于存儲(chǔ)、分析所述地面專檢計(jì)算機(jī)輸出的電壓、溫度和加速度數(shù)據(jù)，并通過電纜將所得處理結(jié)果通過投影儀顯示。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)，包括：艙體，用于模擬在軌航天器，所述艙體內(nèi)設(shè)置：待演示的多功能結(jié)構(gòu)單元，所述多功能結(jié)構(gòu)單元貼設(shè)于所述艙體的內(nèi)壁上，地面專檢設(shè)備，操作人員通過地面專檢設(shè)備完成BMU、DPU和飛輪分別與地面專檢計(jì)算機(jī)的指令和遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸；所述BMU，用于對(duì)所述多功能結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的鋰電池進(jìn)行充/放電控制，并向DPU傳輸電信號(hào)；所述DPU，用于采集、存儲(chǔ)、處理和傳輸所述多功能結(jié)構(gòu)單元的工作參數(shù)，并與所述BMU和所述多功能結(jié)構(gòu)單元通過電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；采集卡，用于采集所述飛輪對(duì)所述多功能結(jié)構(gòu)單元提供加速度后，所述多功能結(jié)構(gòu)單元產(chǎn)生的加速度信息，并向所述DPU傳輸所述多功能結(jié)構(gòu)單元的加速度信息；飛輪，用于為所述多功能結(jié)構(gòu)單元提供加速度；所述艙體外設(shè)置：地面專檢計(jì)算機(jī)，用于通過遙測(cè)遙控設(shè)備與所述地面專檢設(shè)備進(jìn)行遙測(cè)遙控信息交互；地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)，用于存儲(chǔ)、分析所述地面專檢計(jì)算機(jī)輸出的電壓、溫度和加速度數(shù)據(jù)，并通過電纜將所得處理結(jié)果通過投影儀顯示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新概念航天多功能結(jié)構(gòu)地面模擬演示驗(yàn)證系統(tǒng)，其特征在于，所述地面專檢設(shè)備包括：主控電路模塊，用于對(duì)模擬量采集模塊、矩陣遙控指令與DR量采集模塊、電源變換及控制模塊、模擬鋰電池輸出電壓模塊和LVDS通信模塊進(jìn)行控制，所述主控電路模塊通過RS232接口與用于對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行顯示與數(shù)據(jù)保存的測(cè)試計(jì)算機(jī)進(jìn)行指令數(shù)據(jù)交互，所述主控電路模塊與所述DPU遙測(cè)數(shù)據(jù)指令交互；所述模擬量采集模塊，用于對(duì)輸入的18路模擬量、雙電平量和8路測(cè)定所述多功能結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的電池溫量的接收、通道切換、信號(hào)調(diào)理以及采集，受所述主控電路模塊發(fā)出的選通控制信號(hào)控制；所述矩陣遙控指令與DR量采集模塊，用于對(duì)20路矩陣遙控指令的發(fā)送和10路矩陣式繼電器開關(guān)狀態(tài)量的遙測(cè)采集，并對(duì)所述BMU和所述DPU進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；所述電源變換及控制模塊，用于將交流電壓220V轉(zhuǎn)換為100VDC和30VDC輸出，并且通過DC-DC芯片將30V轉(zhuǎn)換為±12V和+5V為所述地檢專用設(shè)備供電；所述模擬鋰電池輸出電壓模塊，用于為所述BMU提供22路所述多功能結(jié)構(gòu)單元的電池電壓信號(hào)；所述LVDS通信模塊，用于接收所述D...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李東旭，吳軍，范才智，李德湛，劉望，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南,43