CN102639901A - 震动隔离结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种震动隔离结构，用于将雷达系统（1）安装至船上的支撑表面（5），包括：平台（14）以及六个支柱状减震元件（4），雷达系统（1）能够附接在平台（14）上，六个支柱状减震元件（4）在平台（14）与支撑表面（5）之间张拉和压缩，其中，所述减震元件（4）以桁架配置定向，所述减震元件（4）的第一端连接至所述支撑表面（5）以进行普遍运动，所述减震元件（4）的第二端连接至所述平台（14）以进行普遍运动，并且所述减震元件（4）中的每个减震元件包括磁流变或电流变流体减震器（12）。

Description

震动隔离结构
发明领域
本发明通常涉及用于支撑和保护灵敏设备的震荡隔离系统。更具体地，本发明涉及保护安装在船上的雷达系统免受震动和振动。
背景技术
为了防止海军船上的精密的先进电子设备因不利震动和振动而引起故障，必须应用震动和振动隔离技术。
特别地，现代电子扫描雷达系统（AESA）为了精确地运转，对平台稳定性具有非常高的要求。通常必须避免雷达系统与平台之间的相对移动并且仅可容忍非常小的旋转偏离。
因此，适用于安装在船上的雷达系统的震动隔离平台在承受5g的加速度时必须提供几乎刚性的行为，但是在负载超过5g时应充当震动吸收器。
用于这种平台的典型且已知的减震手段为螺旋弹簧或钢丝索隔离器。然而，这种方法在普通海军船运行期间不能确保足够的稳定性，而导致系统的旋转运动。
如US 2003/0075407A1所公开的，所谓的史都华（Stewart）平台可用于船上灵敏设备的震动隔离。所建议的震动隔离平台是基于螺旋弹簧的，螺旋弹簧对于保护船上所用的雷达系统而言不具有上面概述的所需的减震性能。所公开的Stewart平台不够坚硬来确保雷达系统运转的稳定性。使用这种类型的隔离结构需要对弹簧刚度（spring rate）进行固定的预定义。如果选择硬弹簧，则平台在装载至5g时是稳定的，但是在水下爆炸的情况下加速度将会被传递并损坏电子设备。另一方面，如果选择软弹簧，平台将承受水下爆炸，但是雷达将由于隔离结构的不足够的稳定性和硬度而在船体运动期间不能运转。
在US 06752250B2中讨论了用于船上震动隔离结构的电流变或磁流变流体（下文分别用ERF和MRF表示）减震元件。然而，非常简单的安装原理不满足海军雷达的构造需求。所公开的系统主要在一条轴线上运作，从而不能将复杂的雷达系统固定至该系统。可容易地看出，所公开的隔离结构可以仅暴露于垂直的震动。由于使用了接合件，系统在水平方向不具有任何硬度，使得其不适于在海军船上使用。所公开的结构的又一缺点是对其减震性能的复杂控制。通常，MRF或ERF减震元件具有软减震性能并且仅在需要的时候增加硬度。然而，根据与海军雷达系统相关联的需求，确切地需要相反的情况，即减震元件永久地处于高压下以确保非常高的硬度。仅当特定事件（震动、爆炸等）发生时，减少硬度。所提到的缺点使得在US 06752250B2中公开的结构不适用于保护由本发明所考虑的海军雷达。
发明内容
本发明的目的是提供一种震动隔离平台，其确保海军雷达系统的高重复定位精度。
根据本发明，震动隔离结构根据Stewart平台的原理来设计。此结构能够吸收在所有朝地方向上的震动。其支柱状的减震元件使用ERF或MRF减震器。能够对ERF或MRF减震器的减震性能进行电控。能够在几毫秒内进行调节。
根据本发明的结构提供了对雷达系统抵御任何震动或振动力的保护，并且确保在船舶运行期间雷达系统能够无约束地运转。
附图说明
图1为根据本发明的第一实施方式的震动隔离结构的侧视图；
图2示出了每个支柱状减震元件的端部处的球窝接头；
图3为根据图1的横截面A-A的震动隔离结构的俯视图；
图4示出了震动隔离结构的减震元件的可选实施方式；
图5示出了震动隔离结构的应用原理。
具体实施方式
根据本发明的第一实施方式的震动隔离结构在图1和3中显示为安装在船6上。
在图1的侧视图中，具有雷达旋转单元2和雷达接合板3的雷达系统1安装在平台14上。平台14和船6的甲板5通过六个支柱状减震元件4连接，六个支柱状减震元件4在甲板5与平台14之间张拉和压缩。六个减震元件根据Stewart平台的原理以桁架（truss）配置设置。从图3可见，六个减震元件4形成三对，每对以V型配置定向。
减震元件4的每个端部连接至平台14或甲板5，允许在所有方向上进行普遍（universal）运动。这例如可通过如图2详细示出的标准球窝接头实现，球窝接头具有在壳体9中移动的、减震元件4的球形端部8，壳体9安装在甲板5或平台14的接合板上。通常，可使用允许在两个正交方向绕中心点进行角转动的任何连接。
每个减震元件4包括MRF或ERF减震器12。此外，减震元件4中的每个包括螺旋弹簧13。可使用任何其它类型的弹簧例如流体弹簧或气体弹簧代替螺旋弹簧。弹簧13的主要目的是通过将震动转变为位移来使震动的能量消散。根据所使用的弹簧类型，震动能量还可转变为摩擦、热等。
MRF和ERF减震器的运转特性是本领域公知的。MRF减震器是填充有磁流变流体的减震器，磁流变流体由通常使用电磁铁的磁场控制。这允许通过改变电磁铁的功率来连续地控制震动吸收器的减震特性。类似地，ERF减震器是填充有电流变流体的减震器，电流变流体由电场控制。
根据图1和3所示的实施方式，MRF或ERF减震器12被设置在螺旋弹簧13的内部。在图4所示的可选实施方式中，MRF或ERF减震器12被设置在螺旋弹簧13的外部，使得它们的纵向轴线以平行的关系定向。在两个实施方式中，弹簧13和减震器12被设置在连接至接头的两个平行的板15之间。
如果上面描述的结构的硬度对于某些运转环境下的震动隔离不足够，则可使用两个或更多个这种结构来综合支撑雷达系统。例如，在一个具体的实施方式中，可在雷达系统的相对侧附接两个这种结构。
现将参考图5更详细地描述MRF和ERF减震器的减震性能的控制算法。图5示出了在震动期间加速度载荷随时间的变化。如图5所示，这种震动的典型持续时间为10到20ms的范围。而且，如图示出了结构的对应减震值。震动的持续时间可被划分为五个不同的时间段A至E。
为了监控船上、分别在雷达系统上的加速度载荷，海军船的船体（或甲板）上的加速度计7（图1）被设置并连接至减震器控制器。只要未检测到超过5g的载荷，ERF或MRF减震器基本坚硬，即，减震值非常高，并且不允许船与雷达系统之间的相对运动。非常大的减震值防止减震元件移动，并且载荷可以1：1地传递。雷达系统能够适当地运转（时间段A）。
通常，电子元件能够承受15g而不遭受任何损坏。如果加速度计检测到超过5g的加速度（时间段B），电信号通过减震器控制器20发送至ERF（MRF）减震器12。结果，减震器的减震值和整体结构的减震值减少，以在加速度达到15g限度之前得到最小值。反应时间应该保持为尽可能短。直至得到最小减震值的典型时间跨度为1至3ms的范围，但是通过现有的ERF或MRF减震器，甚至小于0.3ms的反应时间也是可能的。
在接下来的时间段C中，震动载荷超过15g。系统减震已经被调节至极软的性能，并且减震器元件4能够吸收震动能量，将其转变为位移或热。因此，可避免对电子设备的损坏。
时间段D：在达到加速度的最大值之后，该结构以非常低的减震来摆动。现在系统的减震性能再次增加以便加速结构的摆动运动的消失。可由此调节减震值的变化率（即，时间段D中减震值的曲线的斜率）。
在震动消失后约3-15秒，在结构回复到其最初的坚硬位置之前，减震自动地增加至其最大值（时间段E）。
弹簧的能量消散确保使结构避免以非常小的幅度进行长久的摆动运动。

Claims (4)

1.一种震动隔离结构，用于将雷达系统（1）安装至船上的支撑表面（5），包括：
平台（14），所述雷达系统（1）能够附接在所述平台（14）上；
六个支柱状减震元件（4），在所述平台（14）与所述支撑表面（5）之间张拉和压缩，
其中，所述减震元件（4）以桁架配置定向，所述减震元件（4）的第一端连接至所述支撑表面（5）以进行普遍运动，所述减震元件（4）的第二端连接至所述平台（14）以进行普遍运动，
其特征在于，所述减震元件（4）中的每个减震元件包括磁流变或电流变流体减震器（12）。
2.根据权利要求1所述的震动隔离结构，其中所述减震元件（4）中的每个减震元件包括弹簧（13），所述弹簧（13）被设置为与所述磁流变或电流变流体减震器（12）平行。
3.根据前述任一权利要求所述的振动隔离结构，还包括减震器控制器（20），所述减震器控制器（20）操作地连接至所述磁流变或电流变流体减震器（12）中的至少一个以控制其减震性能。
4.在震动运动作用于根据前述任一权利要求所述的震动隔离结构的情况下用于控制所述震动隔离结构的减震性能的方法：
-在作用在所述震动隔离结构上的加速度低于预定阈值的情况下，将所述结构的硬度保持在最大值处；
-如果所述加速度超过第一阈值，则将所述结构的硬度减少至最小值；
-在所述加速度已到达其最大值之后并且在所述结构到达其初始位置之前，将所述结构的硬度再次增加至所述最大值。
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