技术领域
背景技术
[0002] 随着航天航空技术的飞速发展，低频、超低频模态测试分析的需求日益增多。为了使
航天器设计时有准确的模态参数可供参考，以避免引起共振等不必要的错误，必须对航天器进行模态分析试验。模态分析试验在对结构件进行激振激励的试验的
基础上来测试结构体包括航天器结构的动态特性、固有
频率、模态振型和阻尼、广义
质量、广义
刚度等。
[0003] 失重是太空环境的一个主要特征，对于垂直方向上的模态测试试验，悬吊装置垂直方向上的刚体运动频率要低于试件基频一个数量级是一个得到普遍认可的原则。目前，美国CSA工程公司已经成型的模态试验悬挂系统型号为60350-DA，国内改为自行研
制模态装置系统，
申请号为200710071515.0的“气浮磁动无摩擦悬吊装置”公布了一种能满足频率准则、附加质量足够小、非线性影响小、测试
精度高的垂直方向模态悬吊装置，申请号为201020214510.6的“超低频模态试验悬挂系统”做了进一步改进，公布了一种全数字式控制、提高工作频率、提升控制精度，并降低附加部件对模态试验的影响的超低频模态试验悬挂系统。
[0004] 对于水平方向上的模态试验，自由-自由边界条件的主要约束为
摩擦力、附加质量的惯性影响和钟摆效应，
悬挂装置须平衡被测对象重力，达到平面跟随运动基本无约束。如太阳翼由数
块太阳
电池板相互铰接组成,当卫星入轨后,由贴合状态展成一个平面的太阳电池阵，对展开后的太阳电池板需进行水平方向的模态测试。为了得到水平方向的模态试验，通常都是将带测件旋转90°，再利用已有的垂直方向的超低模态试验悬挂系统进行测试，但是对于悬挂复杂、容易损坏的的待测件来说，这种方法并不完善，更不适用于侧面通过
铰链连接的数块太阳电池阵，目前还没有成熟的水平方向超低频模态试验装置。
发明内容
[0005] 为了克服已有技术无法消除水平方向自由-自由边界约束条件对模态试验的影响的不足，本发明提供一种平面运动基本无约束的、无
摩擦力和
惯性力影响、不产生附加力影响的水平方向上的超低频模态试验装置。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] 一种水平方向上的超低频模态试验装置，包括气浮平板、气浮垫、气浮架、拉绳和无摩擦旋转供气装置，其中，无摩擦旋转供气装置包括气浮轴、气浮套、底座和固定座，所述气浮架呈十字架形，所述气浮垫安装在气浮架的四个
角上，所述气浮垫放置在气浮平板上，所述气浮架中心及四个角上有贮气腔，端盖安装在气浮架中心贮气腔的上端，所述端盖通过气管与气浮架四个角上的贮气腔连通，底盖安装在气浮架中心贮气腔的底端，所述气浮平板的中心有圆形通孔，所述拉绳固定端安装在太阳电池板的吊挂点上，所述拉绳穿过气浮平板中心的通孔两端分别与底盖和拉绳固定端连接，所述无摩擦旋转供气装置通过固定座安装在两块太阳电池板的旋
转轴心上，所述气浮套通过固定座与一块太阳电池板固定，所述气浮轴通过固定座与另一块相邻的太阳电池板固定，对于同一块太阳电池板而言，上部一端安装气浮轴，上部另一端安装气浮套，所述气浮轴与气浮套之间通过气管连接，所述气管中间有支路通过底盖与气浮架中心贮气腔相通。
[0008] 优选的，所述气浮套包括气浮套座和微孔材料层，所述气浮轴套装在气浮套内，所述气浮轴与气浮套之间存在微小间隙，所述气浮轴与气浮套配合面呈锥形，所述底座与气浮套底面固定，所述微孔材料层固定在气浮套座内壁上且与气浮套座之间形成进气高压腔，所述气浮套座上有气浮进气孔且与进气高压腔相通，所述气浮套座底部有供气进气口，所述气浮轴底部与气浮套座、底座形成高压腔，所述进气口与高压腔相通，所述气浮轴中心打
盲孔与顶部出气口相通，所述气浮套座上有卸气孔，所述卸气孔在气浮套座圆周方向均布且与气浮轴与气浮套形成的间隙相通，所述卸气孔所在圆周上有圈凹形卸气槽，所述卸气孔与微孔材料层及气浮套进气孔相互隔离。当然，所述气浮套也可以选用其他形式。
[0009] 本发明的有益效果主要表现在：将气浮垫安装在气浮架的四个角上，气浮垫的下方为一块面积较大的气浮平板，气浮平板中心有圆形通孔，太阳帆板通过拉绳和气浮架固定，气浮平板
支撑着气浮架在气浮平板中心圆形通孔的范围内平面移动和转动，气浮架的有效行程为气浮平板中心圆形通孔的直径，构成一套气浮随动装置。气浮架采用轻质设计，降低附加质量的惯性影响，气浮垫与气浮平板之间无约束摩擦力，因而不引入会改变试件模态振型的动态约束力从而确保在模态试验中测试数据有效、可信。在太阳电池板上安装旋转供气装置为气浮随动装置供气，实现了连续供气且无气管扰动影响。
附图说明
[0010] 图1是一种水平方向上的超低频模态试验装置示意图。
[0011] 图2是无摩擦旋转供气装置示意图。
[0012] 图3是无摩擦旋转供气装置原理图。
具体实施方式
[0013] 下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0014] 参照图1～图3，一种水平方向上的超低频模态试验装置，包括气浮平板1、气浮垫2、气浮架4、端盖6、底盖8、拉绳固定端14、拉绳9、气管10及12、无摩擦旋转供气装置15，其中，无摩擦旋转供气装置15包括气浮轴19、气浮套20和底座18。所述气浮架4呈十字架形，所述气浮垫2安装在气浮架4的四个角上，所述气浮垫2放置在气浮平板1上，所述气浮架4中心及四个角上有贮气腔7和3，所述端盖6安装在气浮架中心贮气腔7的上端，所述端盖6通过气管与气浮架4四个角上的贮气3腔连通，所述底盖8安装在气浮架中心贮气腔7的底端，所述气浮平板1的中心有圆形通孔，所述拉绳固定端14安装在太阳电池板13的吊挂点上，所述拉绳9穿过气浮平板中心的通孔两端分别与底盖8和拉绳固定端14连接，所述无摩擦旋转供气装置15通过左固定座11、右固定座16安装在两块太阳电池板的
旋转轴心上，所述气浮套20通过固定座与一块太阳电池板固定，所述气浮轴19通过固定座与另一块相邻的太阳电池板固定，对于同一块太阳电池板而言，上部一端安装气浮轴19，另一端安装气浮套20，所述气浮轴19与气浮套20之间通过气管12连接，所述气管12中间有支路10通过底盖8与气浮架中心贮气腔7相通。
[0015] 进一步，所述无摩擦旋转供气装置15的气浮套由气浮套座和微孔材料层22组成。所述气浮轴19套装在气浮套20内，所述气浮轴19与气浮套20之间存在微小间隙，所述气浮轴19与气浮套20配合面呈锥形，所述底座18与气浮套20底面固定，所述微孔材料层22固定在气浮套座内壁上且与气浮套座之间形成进气高压腔26，所述气浮套座上有气浮进气孔24且与进气高压腔26相通，所述气浮套座底部有供气进气口25，所述气浮轴19底部与气浮套座、底座18形成高压腔28，所述进气口25与高压腔28相通，所述气浮轴19中心打盲孔23与顶部出气口27相通，所述气浮套座上有卸气孔21，所述卸气孔21在气浮套座圆周方向均布且与气浮轴19与气浮套20形成的间隙相通，所述卸气孔21所在圆周上有圈凹形卸气槽，所述卸气孔21与微孔材料22层及气浮套进气孔24不相通。
[0016] 本
实施例中，太阳翼由数块太阳电池板相互铰接组成,由贴合状态展成一个平面的太阳电池阵，太阳电池板展开后再进行水平方向超低频模态试验，每块太阳电池板单独通一组模态试验装置相连，为了避免气管繁多、对模态试验产生扰动影响，在太阳电池板上安装旋转供气装置为气浮垫供气，无摩擦旋转供气装置通过固定座安装在两块太阳电池板的旋转轴心上，其中气浮座通过固定座与一块太阳电池板固定，气浮轴通过固定座与另一块相邻的太阳电池板固定，对于同一块太阳电池板而言，上部一端安装气浮轴，另一端安装气浮套，气浮轴与气浮套之间通过气管连接，气管中间有支路通过底盖与气浮架中心贮气腔相通将高压气体引出，气浮架中心贮气腔再与四个角上的贮气腔连通，从而为气浮垫供气，气管与太阳电池板和气浮架之间无相对运动故没有扰动影响。
[0017] 无摩擦旋转供气装置是根据气浮
轴承原理设计，实现气浮轴承与气浮套之间无摩擦旋转，再通过特殊供气方式，将高压气体从气浮套引入从气浮轴引出。因此高压气体就从一块板传递到另一块板上，不受气管旋转弯曲扰动。无摩擦旋转供气的气浮套座上气浮进气孔与供气进气口采用同一高压气源供气，进气高压腔内的高压气体经微孔材料表面或者节流小孔在气浮套与气浮轴间隙内形成气膜，底部高压腔内的气体大部分经气浮轴中心孔从出气口流出，小部分进入气浮套与气浮轴的间隙内，气浮套架上有泄气孔孔，进入间隙的高压气体经过阻尼密封后从卸气孔排出，气浮轴与气浮套间隙的一端与大气相通，另一端有卸气孔，因此间隙内存在压力梯度，进入间隙内的气体一部分从间隙一侧流出，另一部分通过卸气槽排出。采用锥形气浮装置是因为锥形气浮装置可抗一定的轴向力，防止底部高压腔内高压气体作用在气浮轴上而增加附加力或导致气浮轴窜动。
