CN1663884A

CN1663884A - 航天器减振约束阻尼层

Info

Publication number: CN1663884A
Application number: CN 200510009838
Authority: CN
Inventors: 郑钢铁; 梁鲁; 杜华军; 刘丽坤; 申智春; 张静; 黄文虎
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2005-09-07

Abstract

航天器减振约束阻尼层，它涉及一种减振结构，具体涉及一种用于航天器的减振约束阻尼层。本发明的航天器减振约束阻尼层包括约束层(1)和阻尼层(2)，阻尼层(2)通过粘接剂粘接在连接件内外表层(3)上，约束层(1)通过粘接剂粘接在阻尼层(2)的上表面上。本发明的附加约束阻尼层不改变现有接口，不损伤原有结构也不降低支承刚度，以较小的质量代价获得了明显的减振效果。本发明在航天器运载火箭连接件原有结构基础上附加约束阻尼层结构对航天器具有明显的减振效果。计算机仿真表明，对接面瞬态加速度响应可以降低约70％，最大相对加速度由3.6g降低到1g；对接面瞬态位移响应降低约55％，最大相对位移由0.35mm降到0.15mm。

Description

航天器减振约束阻尼层

技术领域：

本发明涉及一种减振结构，具体涉及一种主要用于航天器的减振约束阻尼层。

背景技术：

在整个工作寿命中，航天器在发射过程中所处的动力学环境最为恶劣。和在轨飞行状态相比，航天器在火箭发射过程中所处的力学环境更加恶劣。因此，保证航天器能够在发射过程的力学环境中生存下来是当前航天器结构强度设计所进行的主要努力。提高航天器结构强度的代价是增加航天器的质量，从而使发射费用增加，而增加的质量在航天器在轨正常运行中是无效载荷。

发明内容：

本发明的目的是提供一种航天器减振约束阻尼层，该约束阻尼层附加在航天器与运载火箭连接部件的表面，可以经济、可靠而且有效地改善航天器发射过程中的动力学环境，作为环境改善的延伸，航天器结构和仪器设计可以由此降低强度指标，从而实现结构重量降低。本发明的航天器减振约束阻尼层包括约束层1和阻尼层2组成，阻尼层2通过粘接剂粘接在连接件内外表层3上，约束层1通过粘接剂粘接在阻尼层2的上表面上。

振动载荷主要来自于运载火箭发动机振动、运载火箭整流罩与大气摩擦产生的气动载荷，并通过连接件传递至航天器。星箭连接件为柔性结构，在振动载荷的作用下产生振动，发生周期性弹性变形。与连接件外表层3结合牢固的阻尼层2同时跟随连接件外表层3发生周期性变形，迫使阻尼层2材料内的分子链产生相对位移，通过分子间的内摩擦，将一部分机械能转变为热能而耗散，从而起到阻尼吸能、减振作用；约束层1布置于阻尼层2之上，弯曲振动使阻尼层2伸长时受到来自约束层1的阻碍，当阻尼层2受压时，约束层1又阻碍其产生压缩变形，阻尼层2受到约束后，产生了剪切应变和剪切应力，从而提高了振动能量的耗散。

本发明的附加约束阻尼层不改变现有接口，不损伤原有结构，也不降低支承刚度，以较小的质量代价获得了明显的减振效果，因此，对运载火箭一航天器***是“有益无害”的。由于它具有高可靠性和安全性，使得它在安全性和可靠性要求很高的航天航空工业中可以得到广泛的应用。基于约束阻尼层的减振技术，约束阻尼层结构可以根据结构的形式进行预制，因而它具有多种应用形式和广泛的应用领域，不仅可以应用于航天器减振，也可适用于某些其他***的减振需求，例如：具有类似平板结构、梁杆结构、锥壳式结构的地方。本发明在航天器运载火箭连接件原有结构基础上附加约束阻尼层结构对航天器具有明显的减振效果(图5～6)。计算机仿真表明，对接面瞬态加速度响应可以降低约70％，最大相对加速度由3.6g降低到1g；对接面瞬态位移响应降低约55％，最大相对位移由0.35mm降到0.15mm。

附图说明：

图1为本发明的航天器减振约束阻尼层结构示意图，图2为锥壳式航天器运载火箭连接部件附加约束阻尼结构示意图，图3为梁杆式航天器运载火箭连接部件附加约束阻尼结构示意图，图4为图3的俯视图，图5为附加约束阻尼结构航天器运载火箭对接面瞬态响应抑制效果图，图6为附加约束阻尼结构航天器运载火箭对接面稳态响应抑制效果图。

具体实施方式：

具体实施方式一：本实施方式的航天器减振约束阻尼层由约束层1和阻尼层2组成，使用粘接剂将预制的粘弹性阻尼材料2粘接在连接件内外表层3上，经过加压处理使粘接牢固；待粘接剂固化后，将预制的约束层1粘在阻尼层2上表面上，经过加压处理使粘接牢固，粘贴约束层1的关键在于不能够使其端部边缘与连接件外表层3的任何部位粘连。如果约束层1的边缘与连接件外表层3的某部分粘连，则会有一部分振动通过粘连部位直接传至约束层1，进而削弱其对阻尼层2的约束作用，不能使减振效果达到最佳。如图1所示，约束阻尼结构为将粘弹性阻尼材料夹在需要控制的结构(内表面或外表面)与约束层之间组成的结构，其中被覆盖的结构为基层。

约束层通常采用刚度较高的板材按照结构的外轮廓尺寸进行预制。约束层材料可使用多种高刚度材料预制，如使用碳纤维板、铝合金板、玻璃布等，也可以变更约束层的厚度，使用较厚的约束层可以获得更好的减振效果。厚度的选择可以参考结构所允许的最大增重；阻尼层所用粘弹性材料要参考材料附带的阻尼特性曲线或图表，选择各频段损失因子值较大的粘弹性材料可获得较好的减振效果，阻尼层作为耗能材料必须具有一定的体积，但是，加厚阻尼层并不一定能够提高减振效果。粘接剂要参考其使用说明书选择，要选择对阻尼层、约束层、基层粘接效果理想的粘接剂。

本实施方式中所述粘接剂为J47D泡沫胶、J47C贴膜或J133胶粘接；阻尼层2的材质为ZN-1粘弹性材料，厚度为1～2mm；约束层1的材质为C/E复合材料T300/AG80、碳纤维板、铝合金板或玻璃布，厚度为1.2mm。

具体实施方式二：本实施方式以航天器连接部件为锥壳式结构为例，如图2所示，航天器减振约束阻尼层由约束层1和阻尼层2组成，阻尼层2粘接在航天器与运载火箭之间的连接件(如星箭适配器、航天器转接锥、星上发动机蒙皮等部位)外表层3上，约束层1粘接在阻尼层2的表面上。附加阻尼层2可以采用牌号为ZN-1的粘弹性材料，厚度为1mm，将阻尼层2按照锥壳结构的外表面尺寸预制为多片；约束层1采用C/E复合材料T300/AG80，厚度为1.2mm；各层之间使用J47D泡沫胶、J47C贴膜或J133胶粘接。

具体实施方式三：本实施方式以航天器连接部件具有梁杆结构为例，如图3和4所示，航天器减振约束阻尼层结构与具体实施方式一相同，附加阻尼层2可以采用牌号为ZN-1的粘弹性材料，厚度为1mm，将阻尼层2按照梁尺寸预制；约束层1采用双层玻璃布(单层厚度0.2mm)缠绕在阻尼层2的外表面，并加胶浸透驱赶气泡使之硬化，构成以胶为机体的复合材料。

Claims

1、航天器减振约束阻尼层，其特征在于它包括约束层(1)和阻尼层(2)，阻尼层(2)通过粘接剂粘接在连接件内外表层(3)上，约束层(1)通过粘接剂粘接在阻尼层(2)的上表面上。

2、根据权利要求1所述的航天器减振约束阻尼层，其特征在于所述粘接剂为J47D泡沫胶、J47C贴膜或J133胶粘接。

3、根据权利要求1所述的航天器减振约束阻尼层，其特征在于所述阻尼层(2)的材质为ZN-1粘弹性材料。

4、根据权利要求1所述的航天器减振约束阻尼层，其特征在于所述阻尼层(2)的厚度为1～2mm。

5、根据权利要求1所述的航天器减振约束阻尼层，其特征在于所述约束层(1)的材质为C/E复合材料T300/AG80、碳纤维板、铝合金板或玻璃布。

6、根据权利要求1所述的航天器减振约束阻尼层，其特征在于所述约束层(1)的厚度为1.2mm。

7、根据权利要求1所述的航天器减振约束阻尼层，其特征在于约束层(1)的端部边缘不能与连接件外表层(3)的任何部位粘连。