海洋色度儀的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

精密超級(jí)雙相混合軸承盒

約瑟夫·謝皮斯，蒂莫西·伍達(dá)德**，克拉夫·哈昆*，康拉德·伯甘迪*，

約瑟夫教堂* , 彼得·沃德，邁克爾·李**，阿爾弗雷德康蒂***，杰弗里·古澤克****

抽象的

一種高精度、高分辨率的海洋彩色成像 (OCI) 儀器正在開(kāi)發(fā)中，用于浮游生物、氣溶膠、云、海洋生態(tài)系統(tǒng) (PACE) 任務(wù)需要一對(duì)中速連續(xù)掃描海洋表面的機(jī)制。旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡（RT）機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以 360 RPM 運(yùn)行，而以 180 RPM 同步的半角鏡 (HAM) 機(jī)構(gòu)值得關(guān)注用于在所需壽命和連續(xù)操作期間保持指向精度。進(jìn)行了一項(xiàng)努力與制造商一起設(shè)計(jì)和分析特殊的軸承配置，以最大限度地減少軸向和徑向跳動(dòng)，最小化扭矩，并在整個(gè)操作過(guò)程中保持標(biāo)稱接觸應(yīng)力和剛度溫度范圍和最大限度地延長(zhǎng)壽命。軸承的設(shè)計(jì)、分析、開(kāi)發(fā)和測(cè)試將討論機(jī)械工程師面臨的設(shè)計(jì)特定技術(shù)挑戰(zhàn)。軸承在編碼器安裝和操作扭矩期間實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證的性能、跳動(dòng)描述。

介紹

PACE將擴(kuò)展高質(zhì)量的海洋生態(tài)、海洋生物地球化學(xué)、云和氣溶膠粒子數(shù)據(jù) NAS在1990年代開(kāi)始的記錄，建立在海景寬視場(chǎng)的遺產(chǎn)之上傳感器 (SeaWiFS)、中分辨率成像光譜儀 (MODIS)、多角度成像 SpectroRadiometer (MISR) 和可見(jiàn)紅外成像輻射計(jì)套件 (VIIRS)。該任務(wù)將能夠收集海洋和大氣的輻射測(cè)量和偏振測(cè)量，從生物、生物地球化學(xué)和物理特性將被確定。

 PACE 天文臺(tái)由兩個(gè)儀器組成，一個(gè) Ocean Color Instrument (OCI)，圖 1 和多角度旋光儀（MAP）。 OCI 是主要工具天文臺(tái)，正在 GSFC 開(kāi)發(fā)。 OCI 是一種高光譜掃描 (HSS) 輻射計(jì)，旨在測(cè)量從紫外到光譜輻射短波紅外 (SWIR) 可實(shí)現(xiàn)高級(jí)海洋色彩和遺產(chǎn)云和氣溶膠粒子科學(xué)。OCI通過(guò)實(shí)施 RT 來(lái)完成其任務(wù)目標(biāo)機(jī)制，以 360 RPM 旋轉(zhuǎn)，并鎖相到 HAM 機(jī)構(gòu)以 RT 速度的一半旋轉(zhuǎn)。

圖 1 - OCI 配置

*NASA 戈達(dá)德太空飛行中心，格林貝爾特，馬里蘭州 **

**航空航天公司，埃爾塞貢多，加利福尼亞

*** The Barden Corp，丹伯里，康涅狄格

**** 設(shè)計(jì)界面，哥倫比亞，馬里蘭州

第 44 屆航空航天機(jī)制研討會(huì)論文集，美國(guó)宇航局格倫研究中心，

2018 年 5 月 16 日至 18 日

在圖 15 中可以看到作為時(shí)間函數(shù)的運(yùn)行扭矩。該數(shù)據(jù)表明，粘性扭矩為 與速度明顯相關(guān)，如速度變化和扭矩變化的數(shù)據(jù)所示分別。在這里可以很明顯地看到磨合的效果，超過(guò) 47 分鐘的扭矩 從 56 mN?m (8 oz?in) 減少到 39 mN?m (5.5 oz?in)。 該數(shù)據(jù)還表明，粘性扭矩為 僅與預(yù)緊力弱相關(guān)，如預(yù)緊力的變化所示，但只有微小的變化 扭矩給出相同的速度。

圖 15 - 扭矩與時(shí)間測(cè)試結(jié)果（注：?jiǎn)挝粸?oz?in）

內(nèi)置墨盒扭矩性能 在從制造商發(fā)貨之前，軸承在 Vibrac 機(jī)器上進(jìn)行了扭矩測(cè)試。扭矩?cái)?shù)據(jù) 通常在 0.5 RPM 到 2 RPM 旋轉(zhuǎn)期間捕獲。 示例結(jié)果如圖 16 和 總結(jié)在表 6 中。該數(shù)據(jù)表明，墨盒的低速扭矩約為 50% 高于分析或現(xiàn)成測(cè)試的預(yù)期。 這意味著 1) 預(yù)緊力高于 預(yù)期，2) 摩擦系數(shù)高于預(yù)期，或 3) 低速時(shí)的粘性貢獻(xiàn)為高于預(yù)期扭矩測(cè)試，然后，對(duì)于地面/錨定扭矩估計(jì)是必要的，給定 扭矩估計(jì)方法中包含許多經(jīng)驗(yàn)因素。

圖 16 - SN 006 上的 VIBRAC 運(yùn)行扭矩測(cè)試，典型值（注：?jiǎn)挝粸?oz?in）

表 6 - SN 006 扭矩測(cè)試總結(jié)

摘要：

針對(duì)浮游生物、氣溶膠、云、海洋生態(tài)系統(tǒng)（PACE）任務(wù)，需要一對(duì)中速機(jī)構(gòu)連續(xù)掃描海面的高精度、高分辨率海洋彩色成像（OCI）儀器正在開(kāi)發(fā)中。以360 RPM運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡(RT) 機(jī)構(gòu)和以180RPM 同步的半角鏡 (HAM) 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是為了在所需的壽命和連續(xù)操作期間保持指向精度。與制造商一起努力設(shè)計(jì)和分析一種特殊的軸承配置，以最大限度地減少軸向和徑向跳動(dòng)，最大限度地減少扭矩，并在工作溫度范圍內(nèi)保持標(biāo)稱接觸應(yīng)力和剛度，并最大限度地延長(zhǎng)使用壽命。將討論軸承設(shè)計(jì)、分析、開(kāi)發(fā)和測(cè)試以及機(jī)械工程師面臨的設(shè)計(jì)特定技術(shù)挑戰(zhàn)。將描述在編碼器安裝和操作扭矩期間實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證的軸承性能、跳動(dòng)。引言 PACE 將擴(kuò)展 NASA 在 1990 年代開(kāi)始的高質(zhì)量海洋生態(tài)、海洋生物地球化學(xué)、云和氣溶膠粒子數(shù)據(jù)記錄，其基礎(chǔ)是海景寬視場(chǎng)傳感器 (SeaWiFS)、中等分辨率成像光譜輻射計(jì) (MODIS)、多角度成像光譜輻射計(jì) (MISR) 和可見(jiàn)紅外成像輻射計(jì)套件 (VIIRS)。該任務(wù)將能夠收集海洋和大氣的輻射測(cè)量和極化測(cè)量，從中可以確定生物、生物地球化學(xué)和物理特性。PACE 天文臺(tái)由兩臺(tái)儀器組成，一臺(tái)海洋顏色儀器 (OCI)，圖 1，以及一臺(tái)多角度旋光儀 (MAP)。 OCI 是天文臺(tái)的主要儀器，正在 GSFC 開(kāi)發(fā)。 OCI 是一種高光譜掃描 (HSS) 輻射計(jì)，旨在測(cè)量從紫外到短波紅外 (SWIR) 的光譜輻射，以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的海洋顏色和遺產(chǎn)。

云和氣溶膠粒子科學(xué)。 OCI 通過(guò)實(shí)施以 360 RPM 轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的 RT 機(jī)構(gòu)并與以 RT 速度一半旋轉(zhuǎn)的 HAM 機(jī)構(gòu)鎖相來(lái)實(shí)現(xiàn)其任務(wù)目標(biāo)。 這些同步機(jī)制以 1000 米的分辨率和 20 米的軌道到軌道重疊掃描海洋表面。 PACE衛(wèi)星計(jì)劃于2022-2023年發(fā)射。 [1, 2]