CN1911734A - 卫星整体减振隔振装置 - Google Patents

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Abstract

卫星整体减振隔振装置，它涉及一种整体减振隔振装置。本发明为解决现有的整星减振隔振对纵向和横向的隔振频率要求不同，特别是隔振减振器不容许降低卫星支撑的横向扭转刚度的问题，将来自于运载火箭的振动分解成垂直于运载火箭轴线的横向平面内的振动分量和平行于运载火箭轴线的纵向振动分量，分别进行减振隔振。本发明包含卫星的连接结构构件、减振隔振装置和运载器的连接结构构件，卫星的连接结构构件通过减振融振装置与运载器的连接结构构件相连接。本发明使一些由于载荷超标而无法采用的精密元件在航天器上得到了应用，具有使传到卫星底部的振动减弱，卫星在发射过程中不被损坏，并降低卫星的发射成本的优点。

Description

卫星整体减振隔振装置
技术领域
本发明涉及一种减振隔振装置。
背景技术
卫星在发射过程中所处的动力学环境最为恶劣。因此，保证卫星能够在发射过程的动力学环境中不被损坏是当前卫星结构强度设计的主要研究方向。通常是提高卫星本身的强度，但却增加了航天器的质量，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没有用的。卫星适配器是卫星与运载火箭的连接部件，现有的卫星适配器是一段锥壳结构，两端有螺栓孔分别与卫星连接界面和运载器连接界面相连。卫星整体减振隔振装置是对原有适配器的改造，既可以将原来的锥壳型适配器替换掉，也可以将其放在锥壳适配器的顶端，与之串联。整星减振隔振的基本问题是对纵向和横向的隔振频率要求不同，特别是隔振减振器不容许降低卫星支撑的横向扭转刚度，即不加大卫星在整流罩内的横向摆动。
发明内容
本发明的目的是为解决现有的整星减振隔振对纵向和横向的隔振频率要求不同，特别是隔振或减振器不容许降低卫星支撑的横向扭转刚度，即不加大卫星在整流罩内的横向摆动的问题，提供一种卫星整体减振隔振装置。
本发明包含卫星的连接结构构件、减振隔振装置和运载器的连接结构构件，卫星的连接结构构件通过减振隔振装置与运载器的连接结构构件相连接。
本发明将来自于运载火箭的振动分解成垂直于运载火箭轴线的横向平面内的振动分量或平行于运载火箭轴线的纵向振动分量，分另进行减振隔振。
阻尼元件可以是任何能够提供阻尼的器件或结构，如流体阻尼器、电磁涡流阻尼器、磁流变阻尼器等；也可以采用例如金属橡胶等能够同时提供阻尼与弹性的结构。弹性元件可以是具有支承航天器结构重量、传递运载火箭推力并且在容许载荷范围内仅有弹性变形的任何结构或器件，如螺旋弹簧、叠簧或其它根据具体要求设计的能提供一定刚度和变形的元件。滑动约束配合面可以用类似于滚动轴承或光滑接触面的接近无摩擦的方式实现，也可以用类似于干摩擦接触面等可耗散振动能量的摩擦的方式实现。
适配器是卫星与运载火箭的连接部件，现有的卫星适配器是一段锥壳结构，两端有螺栓孔分别与卫星连接界面和运载器连接界面相连。卫星连接界面是指卫星底部与适配器连接的部件。卫星整体减振隔振装置是对原有适配器的改造，既可以将原来的锥壳型适配器替换掉，也可以将其放在锥壳适配器的顶端，与之串联。整星减振隔振技术通过对现有适配器进行改造，可以有效、经济、可靠地改善卫星发射过程中的整体振动环境。采用整星减振隔振装置后，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；一些过去由于载荷超标而无法采用的精密元件在航天器上可以得到应用。
本发明具有使卫星在发射过程中不被损坏，降低卫星的发射成本的优点。
附图说明
图1是纵向整星减振隔振装置的主视图，图2是横向整星减振隔振装置的主视图，图3是全向整星减振隔振装置一的主视剖面图，图4是图3的俯视图，图5是图3的A-A剖面图，图6是全向整星减振隔振装置二的主视剖面图，图7是图6的俯视图，图8是图6的A-A剖面图，图9是从适配器底部到卫星底部的纵向振动传递率曲线图，图10是从适配器底部到卫星底部的横向振动传递率曲线图，图9中虚线表示不加减振隔振装置时的从适配器底部到卫星底部的纵向振动传递率，图9中实线表示加减振隔振装置时的从适配器底部到卫星底部的纵向振动传递率，图10中虚线表示不加减振隔振装置时的从适配器底部到卫星底部的横向振动传递率，图10中实线表示不加减振隔振装置时的从适配器底部到卫星底部的横向振动传递率。
具体实施方式
具体实施方式一：(参见图1～图8)本实施方式由卫星的连接结构构件、减振隔振装置和运载器的连接结构构件组成；卫星的连接结构构件通过减振隔振装置和滑动结构构件与运载器的连接结构构件相连接。
本发明将来自于运载火箭的振动分解成垂直于运载火箭轴线的横向平面内的振动分量或平行于运载火箭轴线的纵向振动分量，分别进行减振隔振。
具体实施方式二：(参见图1)本实施方式由卫星的连接结构构件1、纵向减振隔振装置3和运载器的连接结构构件一4组成；纵向减振隔振装置3由纵向弹性元件3-2、纵向阻尼元件3-3和纵向滑动约束配合面3-4组成；卫星的连接结构构件1的底部和运载器的连接结构构件一4的底部之间通过并联的纵向弹性元件3-2和纵向阻尼元件3-3相连接；卫星的连接结构构件一1的外侧表面和运载器的连接结构构件一4的内表面通过纵向滑动约束配合面3-4相连接。
卫星连接结构构件1和运载器的连接结构构件一4共同构成纵向滑动约束副，使得卫星的连接结构构件1只能相对于运载器的连接结构构件一4进行纵向运动，卫星的连接结构构件1的底部和运载器的连接结构构件一4的底部之间通过并联的纵向弹性元件3-2和纵向阻尼元件3-3连接，实现纵向的减振隔振。
具体实施方式三：(参见图2)本实施方式由卫星的连接结构构件1、横向减振隔振装置2和运载器的连接结构构件二6组成；横向减振隔振装置2由横向弹性元件2-1、横向阻尼元件2-2、横向滑动约束配合面2-3和横向滑动结构构件2-4组成；卫星的连接结构构件1的外表面和横向滑动结构构件2-4的内侧固定连接，横向滑动结构构件2-4的外侧表面和运载器的连接结构构件二6的内表面通过多组并联的横向弹性元件2-1和横向阻尼元件2-2相连接，横向滑动结构构件2-4的上面、下面和运载器的连接结构构件二6的内表面通过横向滑动约束配合面2-3相连接。
运载器的连接结构构件二6和同横向滑动结构构件2-4一体的卫星的连接结构构件1共同构成横向滑动约束副，使得卫星的连接结构构件1只能相对于运载器的连接结构构件二6进行横向运动，横向滑动结构构件2-4的外侧表面和运载器的连接结构构件二6的内表面通过多组并联的横向弹性元件2-2和横向阻尼元件2-3相连接，实现横向的减振隔振。
具体实施方式四：(参见图3～图5)本实施方式由卫星的连接结构构件1、横向减振隔振装置2、纵向减振隔振装置3和运载器的连接结构构件二6组成；横向减振隔振装置2由横向弹性元件2-1、横向阻尼元件2-2、横向滑动约束配合面2-3和横向滑动结构构件2-4组成；纵向减振隔振装置3由纵向滑动结构构件3-1、纵向弹性元件3-2、纵向阻尼元件3-3和纵向滑动约束配合面3-4组成；卫星的连接结构构件1的底部和纵向滑动结构构件3-1的底部之间通过并联的纵向弹性元件3-2和纵向阻尼元件3-3相连接；卫星的连接结构构件1的外侧表面和纵向滑动结构构件3-1的内表面通过纵向滑动约束配合面3-4相连接；纵向滑动结构构件3-1的外表面和横向滑动结构构件2-4的内侧固定连接，横向滑动结构构件2-4的外侧表面和运载器的连接结构构件二6的内表面通过多组并联的横向弹性元件2-1和横向阻尼元件2-2相连接，横向滑动结构构件2-4的上面、下面和运载器的连接结构构件二6的内表面通过横向滑动约束配合面2-3相连接。
卫星连接结构构件1和纵向滑动结构构件3-1共同构成纵向滑动约束副，使得卫星的连接结构构件1只能相对于纵向滑动结构构件3-1进行纵向运动，卫星的连接结构构件1的底部和纵向滑动结构构件3-1的底部之间通过并联的纵向弹性元件3-2和纵向阻尼元件3-3连接，实现纵向的减振或隔振。运载器的连接结构构件二6和同纵向滑动结构构件3-1一体的横向滑动结构构件2-4共同构成横向滑动约束副，使得纵向滑动结构构件3-1只能相对于运载器的连接结构构件二6进行横向运动，横向滑动结构构件2-4的外侧表面和运载器的连接结构构件二6的内表面通过多组并联的横向弹性元件2-2和横向阻尼元件2-3相连接，实现横向的减振隔振。
整星减振隔振装置在降低运载器传递到卫星振动的同时，不加大卫星在整流罩内的横向摆动，避免卫星顶部与整流罩发生碰撞，不影响全箭的振动模态。技术的核心是将来自于运载器的振动进行解耦，通过横向滑动约束和纵向滑动约束将振动分解为横向振动和纵向振动两部分，对两部分分别进行减振或隔振处理，并利用卫星连接界面和运载器连接界面之间的滑动约束，限制两界面之间的相对弯曲转动。
具体实施方式五：(参见图6～图8)本实施方式由卫星的连接结构构件1、横向减振隔振装置2、纵向减振隔振装置5和运载器的连接结构构件三7组成。横向减振隔振装置2由横向弹性元件2-1、横向阻尼元件2-2、横向滑动约束配合面2-3和横向滑动结构构件2-4组成。纵向减振隔振转置5由纵向滑动结构构件二5-1、纵向弹性元件二5-2、纵向阻尼元件二5-3和纵向滑动约束配合面二5-4组成；卫星的连接结构构件1的外表面和横向滑动结构构件2-4的内侧固定连接，横向滑动结构构件2-4的外侧表面和纵向滑动结构构件二5-1的内表面通过多组并联的横向弹性元件2-1和横向阻尼元件2-2相连接，横向滑动结构构件2-4的上面、下面和纵向滑动结构构件二5-1的内表面通过横向滑动约束配合面2-3相连接。纵向滑动结构构件二5-1的底部与运载器的连接结构构件三7的底部之间通过多组并联的纵向弹性元件二5-2和纵向阻尼元件二5-3相连接；纵向滑动结构构件二5-1的外侧面与运载器的连接结构构件三7的内侧面通过纵向滑动约束配合面二5-4相连接。
纵向滑动结构构件二5-1和同卫星的连接结构构件1一体的横向滑动结构构件2-4共同构成横向滑动约束副，使得卫星的连接结构构件1只能相对于纵向滑动结构构件二5-1进行横向运动，横向滑动结构构件2-4的外侧表面和纵向滑动结构构件二5-1的内表面通过多组并联的横向弹性元件2-2和横向阻尼元件2-3相连接，实现横向的减振或隔振。运载器的连接结构构件三7和纵向滑动结构构件二5-1共同构成纵向滑动约束副，使得纵向滑动结构构件二5-1只能相对于运载器的连接结构构件三7进行纵向运动，纵向滑动结构构件二5-1的底部与运载器的连接结构构件三7的底部之间通过多组并联的纵向弹性元件二5-2和纵向阻尼元件二5-3相连接；实现纵向的减振隔振。
横向阻尼元件2-2、纵向阻尼元件3-3和纵向阻尼元件二5-3可以是任何能够提供阻尼的器件或结构，如流体阻尼器、电磁涡流阻尼器、磁流变阻尼器等；也可以采用例如金属橡胶等能够同时提供阻尼与弹性的结构。横向弹性元件2-1、纵向弹性元件3-2和纵向弹性元件二5-2可以是具有支承航天器结构重量、传递运载火箭推力并且在容许载荷范围内仅有弹性变形的任何结构或器件，如螺旋弹簧、叠簧或其它根据具体要求设计的能提供一定刚度和变形的元件。横向滑动约束配合面2-3、纵向滑动约束配合面3-4和纵向滑动约束配合面二5-4可以用类似于滚动轴承或光滑接触面的接近无摩擦的方式实现，也可以用类似于干摩擦接触面等可耗散振动能量的摩擦的方式实现。
(参见图9、图10)利用计算机仿真获得的从适配器底部到卫星底部的纵向和横向振动传递率。可见在卫星和运载火箭连接部位放入整星减振隔振装置后，传到卫星底部的振动将明显减弱。
本发明具有使传到卫星底部的振动减弱，使卫星在发射过程中不被损坏，并降低卫星的发射成本的优点。

Claims (8)

1、一种卫星整体减振隔振装置，其特征在于它包含卫星的连接结构构件、减振隔振装置和运载器的连接结构构件，卫星的连接结构构件通过减振隔振装置与运载器的连接结构构件相连接。
2、根据权利要求1所述的卫星整体减振隔振装置，其特征在于它由卫星的连接结构构件(1)、纵向减振隔振装置(3)和运载器的连接结构构件一(4)组成；纵向减振隔振装置(3)由纵向弹性元件(3-2)、纵向阻尼元件(3-3)和纵向滑动约束配合面(3-4)组成；卫星的连接结构构件(1)的底部和运载器的连接结构构件一(4)的底部之间通过并联的纵向弹性元件(3-2)和纵向阻尼元件(3-3)相连接；卫星的连接结构构件(1)的外侧表面和运载器的连接结构构件一(4)的内表面通过纵向滑动约束配合面(3-4)相连接。
3、根据权利要求1所述的卫星整体减振隔振装置，其特征在于它由卫星的连接结构构件(1)、横向减振隔振装置(2)和运载器的连接结构构件二(6)组成；横向减振隔振装置(2)由横向弹性元件(2-1)、横向阻尼元件(2-2)、横向滑动约束配合面(2-3)和横向滑动结构构件(2-4)组成；卫星的连接结构构件(1)的外表面和横向滑动结构构件(2-4)的内侧固定连接，横向滑动结构构件(2-4)的外侧表面和运载器的连接结构构件二(6)的内表面通过多组并联的横向弹性元件(2-1)和横向阻尼元件(2-2)相连接，横向滑动结构构件(2-4)的上面、下面和运载器的连接结构构件二(6)的内表面通过横向滑动约束配合面(2-3)相连接。
4、根据权利要求1所述的卫星整体减振隔振装置，其特征在于它由卫星的连接结构构件(1)、横向减振隔振装置(2)、纵向减振隔振装置(3)和运载器的连接结构构件二(6)组成，横向减振隔振装置(2)由横向弹性元件(2-1)、横向阻尼元件(2-2)、横向滑动约束配合面(2-3)和横向滑动结构构件(2-4)组成；纵向减振隔振装置(3)由纵向滑动结构构件(3-1)、纵向弹性元件(3-2)、纵向阻尼元件(3-3)和纵向滑动约束配合面(3-4)组成；卫星的连接结构构件(1)的底部和纵向滑动结构构件(3-1)的底部之间通过并联的纵向弹性元件(3-2)和纵向阻尼元件(3-3)相连接；卫星的连接结构构件(1)的外侧表面和纵向滑动结构构件(3-1)的内表面通过纵向滑动约束配合面(3-4)相连接；纵向滑动结构构件(3-1)的外表面和横向滑动结构构件(2-4)的内侧固定连接，横向滑动结构构件(2-4)的外侧表面和运载器的连接结构构件二(6)的内表面通过多组并联的横向弹性元件(2-1)和横向阻尼元件(2-2)相连接，横向滑动结构构件(2-4)的上面、下面和运载器的连接结构构件二(6)的内表面通过横向滑动约束配合面(2-3)相连接。
5、根据权利要求1所述的卫星整体减振隔振装置，其特征在于它由卫星的连接结构构件(1)、横向减振隔振装置(2)、纵向减振隔振装置(5)和运载器的连接结构构件三(7)组成；横向减振隔振装置(2)由横向弹性元件(2-1)、横向阻尼元件(2-2)、横向滑动约束配合面(2-3)和横向滑动结构构件(2-4)组成；纵向减振隔振装置(5)由纵向滑动结构构件二(5-1)、纵向弹性元件二(5-2)、纵向阻尼元件二(5-3)和纵向滑动约束配合面二(5-4)组成；卫星的连接结构构件(1)的外表面和横向滑动结构构件(2-4)的内侧固定连接，横向滑动结构构件(2-4)的外侧表面和纵向滑动结构构件二(5-1)的内表面通过多组并联的横向弹性元件(2-1)和横向阻尼元件(2-2)相连接，横向滑动结构构件(2-4)的上面、下面和纵向滑动结构构件二(5-1)的内表面通过横向滑动约束配合面(2-3)相连接；纵向滑动结构构件二(5-1)的底部与运载器的连接结构构件三(7)的底部之间通过多组并联的纵向弹性元件二(5-2)和纵向阻尼元件二(5-3)相连接；纵向滑动结构构件二(5-1)的外侧面与运载器的连接结构构件三(7)的内侧面通过纵向滑动约束配合面二(5-4)相连接。
6、根据权利要求2-5任一权利要求所述的卫星整体减振隔振装置，其特征在于横向阻尼元件(2-2)、纵向阻尼元件(3-3)和纵向阻尼元件二(5-3)是流体阻尼器、电磁涡流阻尼器、磁流变阻尼器或金属橡胶。
7、根据权利要求2-5任一权利要求所述的卫星整体减振隔振装置，其特征在于横向弹性元件(2-1)、纵向弹性元件(3-2)和纵向弹性元件二(5-2)是螺旋弹簧或叠簧。
8、根据权利要求2-5任一权利要求所述的卫星整体减振隔振装置，其特征在于横向滑动约束配合面(2-3)、纵向滑动约束配合面(3-4)和纵向滑动约束配合面二(5-4)是滚动轴承、光滑接触面或具有摩擦的接触面。
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