CN104389943B - 一种卫星用液体阻尼隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种卫星用液体阻尼隔振器，包括：主要由左、右主波纹管，左、右辅助波纹管，压紧弹簧组成的刚度提供装置；主要由阻尼盘及波纹管中的液体组成的阻尼提供装置；主要由左、右连接盖板、左、右连接盘、左、右盖板组成的连接及固定装置；其中，左主波纹管和左辅助波纹管、右主波纹管和右辅助波纹管分别通过左、右连接盘密封连接起来，左、右连接盘固定到左连接盖板上，左、右辅助波纹管的两端分别使用左、右端盖封口，阻尼盘固定到右连接盖板上，左、右连接盖板端部均设置与外部结构连接的螺纹；压紧弹簧安装在左辅助波纹管上。本发明用于卫星上的敏感载荷元件与卫星之间的微振动隔离，也用于对卫星振动元件的隔离。

Description

一种卫星用液体阻尼隔振器

技术领域

本发明涉及航天技术领域，更具体的说，涉及一种卫星用液体阻尼隔振器。

背景技术

随着高分辨率卫星的发展，对星体上的振动要求也越来越苛刻，为进一步提高卫星对地观测性能，改善卫星微振动环境，振动隔离技术的应用已经刻不容缓。但是，传统的隔振器在星上使用时难免会遇到温度、体积、重量、辐射的影响。为了适应卫星的较小的设计空间、较低的重量和成熟上天材料等特点，有效实现卫星上微振动隔离的功能，对于影响卫星性能振动环境的改善具有极大的应用价值和发展前景。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种卫星用液体阻尼隔振器，具有体积小、重量轻、性能高的特点，此外，具有传统隔振器所无法比拟的共振抑制和高频振动衰减效果。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种卫星用液体阻尼隔振器，包括：

刚度提供装置，主要由左主波纹管，右主波纹管，左辅助波纹管，右辅助波纹管，压紧弹簧组成；

阻尼提供装置，主要由阻尼盘以及充在波纹管中的液体组成；

连接及固定装置，主要由左连接盖板，右连接盖板，左连接盘，右连接盘，左端盖，右端盖组成；

其中，左主波纹管、右主波纹管和左辅助波纹管、右辅助波纹管分别通过左连接盘、右连接盘密封连接起来，左连接盘、右连接盘固定到左连接盖板上，左辅助波纹管、右辅助波纹管的两端分别使用左端盖、右端盖封口，阻尼盘固定到右连接盖板上，左连接盖板、右连接盖板端部均设置与外部结构连接的螺纹；压紧弹簧安装在左辅助波纹管上，为隔振器在热环境下使用提供液体体积缓冲。

所述阻尼盘上具有阻尼小孔，通过所述阻尼小孔产生阻尼，所述阻尼小孔为细长小孔或者环形小孔，且通过改变流体的类型以及小孔直径和长度调节阻尼力的大小。

所述左端盖、右端盖上开设有螺纹孔，用于将液体灌入到波纹管腔体中。

所述螺纹孔在将液体灌入到波纹管腔体后密封。

所述阻尼盘以及左连接盘、右连接盘中间部分有突起的环形槽供波纹管定位连接。

所述隔振器两端均设计有外部接口，使用时一端连接至被隔振对象上，另一端固定于星体上。

左主波纹管为设备和星体之间提供连接刚度，右主波纹管为设备和星体之间提供连接刚度。

振动时，左、右连接盖板之间发生相对位移，迫使流体通过阻尼盘在左主波纹管、右主波纹管以及左辅助波纹管和右辅助波纹管之间所形成的腔体中的小孔流动而产生合适的阻尼，从而耗散振动产生的能量。

压紧弹簧、左辅助波纹管以及右辅助波纹管共同提供辅助刚度，同时，压紧弹簧为隔振器在热环境下使用提供液体体积缓冲。若因为温度升高液体膨胀，则压紧弹簧会释放部分压紧左辅助波纹管的力，从而使得波纹管腔体增大，反之，若液体因温度降低而收缩，压紧弹簧会继续压紧左辅助波纹管，使波纹管腔体体积减小。

左连接盘和右连接盘均连接到主波纹管上，主波纹管提供连接刚度。液体流经阻尼小孔提供阻尼力，辅助波纹管对进入辅助波纹管或者离开辅助波纹管的液体提供缓冲作用。

左主波纹管和右主波纹管之间的位移变化使波纹管中液体流经阻尼盘上的阻尼小孔而产生阻尼力，同时，辅助波纹管为流动的液体提供缓冲作用，这样在频率较低时阻尼比保持在较高水平，而当频率增大后，由于辅助波纹管的缓冲作用，液体来不及流过阻尼小孔，此时阻尼力会下降。

连接左主波纹管和左辅助波纹管的左连接盘以及连接右主波纹管和右辅助波纹管的右连接盘通过螺纹孔和左连接盖板上的孔配合螺栓进行固定连接，左、右连接盘间距固定；右连接盖板通过右连接盖板上的孔和阻尼盘上的孔配合螺栓使用进行固定连接，连接后，右连接盖板的运动将直接传递到阻尼盘上。

压紧弹簧在初始状态下处于压紧状态，对左辅助波纹管施加压力，此时，左辅助波纹管对流动液体的缓冲刚度是压紧弹簧和左辅助波纹管刚度串联，辅助波纹管在液体流动时对其有缓冲作用，以高频时减小液体通过阻尼孔产生的阻尼力，提高隔振器在高频振动的隔振效果。同时，压紧弹簧的另一重要作用是在隔振器所处环境温度变化时，可以释放由此带来的流体收缩或膨胀，避免波纹管内部出现空腔。

本发明设计构型简单，具有良好的设计适应性、实现经济性和装配工艺性，其主刚度以及阻尼可以按照要求进行设计，并且引入辅助波纹管来控制隔振装置在不同频率下的阻尼，提升高频隔振效果。引入压紧弹簧使隔振器在更大温度范围内实现可用性。本发明对有效改善卫星振动环境，保证星上敏感部件的可靠、正常工作，具有极其重要的意义。

本发明可以用于卫星上的敏感载荷元件(光学相机等)与卫星之间的微振动隔离，可以用于隔离卫星上敏感载荷使其免受星体上振动的干扰而导致性能降低，使敏感载荷免受星体微振动的干扰，也可以用于对卫星振动元件(飞轮、陀螺组件等)的隔离，用于隔离星体上振动源(如飞轮等)的振动，使振动元件产生的振动尽量少的传递到星体上，可以控制整星的微振动水平，同时不影响卫星姿态调整等动作的执行。本发明隔振器在能可靠安全地保证星上设备安装刚度、强度和精度的同时，达到较高的振动隔离效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明所提供的隔振器正视图；

图2是图1沿A-A向的剖面图；

图3是图1的俯视图；

图4是图3沿B-B向的剖面图。

其中：1-左连接盖板、2-右连接盖板、3-压紧弹簧、4-左端盖、5-右端盖、6-左辅助波纹管、7-右辅助波纹管、8-左连接盘、9-右连接盘、10-左主波纹管、11-右主波纹管、12-阻尼盘。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参见图1～图4所示，本发明所提供的卫星用液体阻尼隔振器，包括：

主要由左主波纹管10，右主波纹管11，左辅助波纹管6，右辅助波纹管7，压紧弹簧3组成的刚度提供装置；

主要由阻尼盘12以及充在波纹管中的液体组成的阻尼提供装置；

主要由左连接盖板1，右连接盖板2，左连接盘8，右连接盘9，左端盖4，右端盖5组成的连接及固定装置；

其中，左主波纹管10、右主波纹管11和左辅助波纹管6、右辅助波纹管7分别通过左连接盘8、右连接盘9密封连接起来。左连接盘8、右连接盘9固定到左连接盖板1上。左辅助波纹管6、右辅助波纹管7的两端分别使用左端盖4、右端盖5封口。阻尼盘12固定到右连接盖板上2。左连接盖板1、右连接盖板2端部均设置与外部结构连接的螺纹。压紧弹簧3安装在左辅助波纹管6上，为隔振器在热环境下使用提供液体体积缓冲。

阻尼盘12上具有阻尼小孔，通过阻尼小孔产生阻尼。阻尼小孔可以为细长小孔或者环形小孔，且通过改变流体的类型以及小孔直径和长度调节阻尼力的大小。

左端盖4、右端盖5上开设有螺纹孔，用于将液体灌入到波纹管腔体中。螺纹孔在将液体灌入到波纹管腔体后密封。

阻尼盘12以及左连接盘8、右连接盘9中间部分有突起的环形槽供波纹管定位连接。

隔振器两端均设计有外部接口，使用时一端连接至被隔振对象上，另一端固定于星体上。

左主波纹管10为设备和星体之间提供连接刚度，右主波纹管11为设备和星体之间提供连接刚度。

振动时，左连接盖板1、右连接盖板2之间发生相对位移，迫使流体通过阻尼盘12在左主波纹管10、右主波纹管11以及左辅助波纹管6和右辅助波纹管7之间所形成的腔体中的小孔流动而产生合适的阻尼，从而耗散振动产生的能量。

压紧弹簧3、左辅助波纹管6以及右辅助波纹管7共同提供辅助刚度。同时，压紧弹簧3为隔振器在热环境下使用提供液体体积缓冲。若因为温度升高液体膨胀，则压紧弹簧3会释放部分压紧左辅助波纹管6的力，从而使得波纹管腔体增大，反之，若液体因温度降低而收缩，压紧弹簧3会继续压紧左辅助波纹管6，使波纹管腔体体积减小。

左连接盘8和右连接盘9均连接到主波纹管上，主波纹管提供连接刚度。液体流经阻尼小孔提供阻尼力，辅助波纹管对进入辅助波纹管或者离开辅助波纹管的液体提供缓冲作用。这样在频率较低时阻尼比保持在较高水平，而当频率增大后，由于辅助波纹管的缓冲作用，液体来不及流过阻尼小孔，此时阻尼力会下降。

连接左主波纹管和左辅助波纹管的左连接盘以及连接右主波纹管和右辅助波纹管的右连接盘通过螺纹孔和左连接盖板上的孔100配合螺栓进行固定连接，左、右连接盘间距固定；右连接盖板通过右连接盖板上的孔200和阻尼盘上的孔配合螺栓使用进行固定连接，连接后，右连接盖板的运动将直接传递到阻尼盘12上。

压紧弹簧3在初始状态下处于压紧状态，对左辅助波纹管6施加压力，此时，左辅助波纹管6对流动液体的缓冲刚度是压紧弹簧3和左辅助波纹管6刚度串联，辅助波纹管在液体流动时对其有缓冲作用，以高频时减小液体通过阻尼孔产生的阻尼力，提高隔振器在高频振动的隔振效果。同时，压紧弹簧3的另一重要作用是在隔振器所处环境温度变化时，可以释放由此带来的流体收缩或膨胀，避免波纹管内部出现空腔。

具体实施步骤如下：

第一步，左连接盘8、右连接盘9和阻尼盘12之间的左主波纹管10、右主波纹管11通过焊接或粘结连接，应保证连接后的密封性，无缝隙或泄露；

第二步，左辅助波纹管6、右辅助波纹管7分别焊接或粘结至左连接盘8、右连接盘9另外两端。然后，使用左端盖4、右端盖5对辅助波纹管进行封转，要求同上；

第三步，将液体(硅油或其它材料)通过左、右端盖上的螺纹孔300灌入到波纹管腔体中，并使用密封垫圈结合螺钉将螺纹孔300密封。

第四步，分别通过螺纹孔及左端盖上孔100连接左连接盖板和左右连接盘并安装压紧弹簧；通过右端盖上孔200和螺栓连接右连接盖板和阻尼盘。

本实施实例中，主波纹管的最大外径为36mm，最小直径为24mm，长度为26.5mm，单个波纹管的实际刚度约为4kg/mm。阻尼盘以及左、右连接盘中间部分有突起的环形槽供波纹管定位连接，左、右连接盘通过其上的螺纹孔使用12个M2螺钉固定到左连接盖板上，盖板长度为100mm。阻尼盘通过6个M2螺钉固定到右连接盖板上，阻尼盘上的孔直径为1mm，长度为30mm，左右连接盖板端部均有M5的连接螺纹用于连接到外部结构。波纹管组成的空腔中充满硅油，其粘度CST为1000。压紧弹簧的刚度为1kg/mm，初始状态下压紧弹簧的压紧变形量为5mm。隔振器组装完毕后，其一端连接至质量为20kg的质量，一端连接至基座后，该液体阻尼隔振器的固有频率约为10Hz，此时的阻尼比约为0.3。

以上是对本发明具体实施例的说明，但并不用来限定本发明。任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的内容对本发明所提出的方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明的技术内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简三修改、等同变化及修饰，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种卫星用液体阻尼隔振器，其特征在于，包括：

刚度提供装置，主要由左主波纹管(10)，右主波纹管(11)，左辅助波纹管(6)，右辅助波纹管(7)，压紧弹簧(3)组成；

阻尼提供装置，主要由阻尼盘(12)以及充在波纹管中的液体组成；

连接及固定装置，主要由左连接盖板(1)，右连接盖板(2)，左连接盘(8)，右连接盘(9)，左端盖(4)，右端盖(5)组成；

其中，左主波纹管(10)和左辅助波纹管(6)、右主波纹管(11)和右辅助波纹管(7)分别通过左连接盘(8)、右连接盘(9)密封连接起来，左连接盘(8)、右连接盘(9)固定到左连接盖板(1)上，左辅助波纹管(6)、右辅助波纹管(7)的两端分别使用左端盖(4)、右端盖(5)封口，阻尼盘(12)固定到右连接盖板(2)上，左连接盖板(1)、右连接盖板(2)端部均设置与外部结构连接的螺纹；压紧弹簧(3)安装在左辅助波纹管(6)上，为隔振器在热环境下使用提供液体体积缓冲；

所述阻尼盘(12)上具有阻尼小孔，通过所述阻尼小孔产生阻尼，所述阻尼小孔为环形小孔，且通过改变流体的类型以及小孔直径和长度调节阻尼力的大小；

连接左主波纹管和左辅助波纹管的左连接盘以及连接右主波纹管和右辅助波纹管的右连接盘通过螺纹孔和左连接盖板上的孔配合螺栓进行固定连接，左、右连接盘间距固定；右连接盖板通过右连接盖板上的孔和阻尼盘上的孔配合螺栓使用进行固定连接，连接后，右连接盖板的运动将直接传递到阻尼盘上。

2.根据权利要求1所述的卫星用液体阻尼隔振器，其特征在于，所述左端盖(4)、右端盖(5)上开设有螺纹孔(300)，用于将液体灌入到波纹管腔体中。

3.根据权利要求2所述的卫星用液体阻尼隔振器，其特征在于，所述螺纹孔(300)在将液体灌入到波纹管腔体后密封。

4.根据权利要求1所述的卫星用液体阻尼隔振器，其特征在于，所述阻尼盘(12)以及左连接盘(8)、右连接盘(9)中间部分有突起的环形槽供波纹管定位连接。