CN103221308A - 隔振系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种隔振器（100），其包括挠性体（102）、粘弹性材料约束层联接器（104）及构造成阻碍挠性体的点之间的相对平移和旋转运动的粘弹性材料约束层（106）。该挠性体可以是环形挠性体，并且可以包括多个环，所述环在总体方面上例如可以为椭圆形、圆形、矩形或方形。在多环实施例中，这些环可以共用公共主轴，或者它们的主轴可以彼此形成一定角度。该设备通过提供与可在挠性体表面上获得的相比更多的粘弹性表面积来增强阻尼，并且提供一种在挠性体发生偏转时调节VEM上的应力的方法。

Description

隔振系统及其方法

技术领域

所公开的主题涉及对人造结构中不希望的振动（包括噪声）的抑制。需要振动抑制的结构包括：航天器有效荷载；运载火箭；通过陆地、海洋或航空运输的物品；或者固定物体，诸如精确度量或制造仪器。

背景技术

在不希望的运动可能会影响到性能、精度或耐用性的场合中，振动抑制非常重要。尽管振动抑制在航空航天应用中极其重要，但是它也可以被用于在例如陆地运输、制造、所制造的商品（例如计算机磁盘驱动器）、度量仪器制造和医疗仪器方面发挥作用。在共振时降低结构振动幅度的被动阻尼是抑制不期望振动的一个主要手段。通过降低共振时的振动幅值，阻尼减少了应力、位移、疲劳及声辐射。振动隔离是降低振动对有效荷载和结构影响的另一主要方法。振动隔离起到减少振动能量传输通过隔离器的过滤器的作用。隔振器被用在两个结构或部件之间以隔绝部件彼此之间的运动变化。隔振系统还需要被动阻尼以在“隔离或共振频率”上阻尼有效荷载的共振。

美国专利6,199,801公开了一种具有高强度和线弹性性能的被动阻尼隔振设备。与纵向负载相比，美国专利6,199,801号的设备对横向负载表现相对更硬。

美国专利6,290,183公开了一种三轴隔振设备，其提供了独立可控、高强度、线弹性且多轴的屈服性，但是在纵向紧凑性上有所牺牲。该设备内的阻尼作用也局限于基于连续时间在弯曲梁上约束层阻尼法，且主要对纵向运动有效。

美国专利7,249,756表达了这种对被动且高阻尼隔振设备的需求，其中所述设备在所有振动负载方向上提供了独立且广泛可控的屈服性，同时又不牺牲强度和线性度性能，也不牺牲紧凑性或重量。美国专利7,249,756的设备是一种低轮廓、被动且高阻尼的隔振装配件，多个装配件组合使用形成一个完整的振动负载隔离装配系统。它在所有振动负载方向上提供独立且可测的屈服性，同时又不牺牲强度和线性度性能，在有效荷载-火箭接口的紧凑性或重量方面也不存在明显牺牲。它通过利用剪切壁式约束层阻尼在从支撑基底到有效荷载的振动负载传输中提供了充分的阻尼和相应的衰减。美国专利第6,199,801、6,290,183和7,249,756均以参考的方式全部并入本文中。

发明内容

本发明涉及被动阻尼的振动和震动负载隔离装置，其适于用于保护硬件和有效荷载免受有害的振动和震动负载，尤其是在航天器发射系统中见到的那些极端负载。在根据所要求主题的原理的说明性装置及方法中，隔振器包括：挠性体；约束粘弹性材料（VEM）层；以及联接器，所述联接器与挠性体相比相对刚性，并且将挠性体和粘弹性材料约束层耦合以阻尼挠性体内的相对平移和旋转运动。在说明性实施例中，隔振器包括多个相对刚性的构件（在本文中也称作“支杆”）以将挠性体和粘弹性材料约束层耦合，其中所述支杆被设置成以阻碍挠性体的支杆附连点之间的相对运动的方式将粘弹性材料约束层与挠性体耦合。

在说明性实施例中，隔振器包括：环形挠性体；约束粘弹性材料（VEM）层；以及多个支杆，所述支杆被设置成以阻碍挠性体的支杆附连点之间的相对运动的方式将粘弹性材料约束层与挠性体耦合。在说明性实施例中，支杆在环形挠性体的内侧面上与环形挠性体附连。为便于下面的讨论，与所附连的挠性体最近的支杆末端将被称作近端，与所附连的挠性体最远的支杆末端将被称作远端。支杆可以在其远端上包括例如膨胀以为VEM层的附连提供更大表面积的区域。在本文中，这种区域被称作“垫板”。这些垫板允许将更多的VEM表面积包含在隔离器中，从而增加在VEM中提高阻尼或减小应力的可能。环形挠性体可以采用任意式样，包括例如椭圆形、圆形或矩形。支杆和垫板的组合在本文中可被称作“桥状件”。

在这种实施例中，支杆可以以任意结构形式与挠性体附连，以便与VEM一同提供对挠性体内的平移和/或旋转运动的阻碍。这种运动可源自挠性体为响应于隔振器为其提供振动阻尼的主体之间的负载而发生的屈服。为此，附连点可被设置成提供在附连点彼此相对且与挠性体纵轴对齐时的最大值至附连点彼此不共线和/或不与挠性体纵轴对齐时的较小运动阻碍值之间变化的运动阻碍。

由于挠性体上的支杆连接点的旋转运动差异，在VEM内可能会产生剪切应力。这些支杆近端处的旋转通过相对刚性的支杆被传递至支杆远端及垫板区域中。所形成的垫板之间的旋转差异起到放大在VEM中产生的剪切应力的作用，使其超出仅与平移差异有关的剪切应力。

在另一说明性实施例中，隔振器包括：多环形挠性体；对应每个环的约束粘弹性材料（VEM）层；以及多个支杆，所述支杆被设置成以阻碍挠性体的支杆附连点之间的相对运动（平移和/或旋转的）的方式将粘弹性材料约束层与挠性体耦合。在说明性实施例中，支杆在环形挠性体的内侧面上与环形挠性体附连。支杆可以在其远端上包括例如膨胀以为VEM层的附连提供更大表面积的区域。环形挠性体可以采用任意式样，包括例如椭圆形、圆形或矩形，并且可以沿公共轴对齐或者沿交叉的轴线对齐。每个环形挠性体均可以包括多个环。

在另一说明性实施例中，除了粘弹性材料约束层联接器之外，隔振器还可以包括可延伸至挠性体外部的全部或一部分的粘弹性材料约束层。

在另一说明性实施例中，粘弹性材料约束层联接器中使用的支杆和突舌可以被用于直接粘弹性材料约束层，使得例如粘弹性材料约束层被施加和直接夹置在两个末端突舌之间，而不是由末端突舌、VEM层及所施加的单独的约束层组成。

在另一说明性实施例中，隔振器包括单个圆形环挠性体，其具有内表面和外表面。第一和第二支杆在其近端处与挠性体的内表面附连，且其远端包括用于附连VEM的膨胀区域或突舌。在该说明性实施例中，VEM层附连在各支杆远端的膨胀区域的各个侧面上。附连有两个约束层（在支杆远端的膨胀区域的两侧上各有一个）以覆盖VEM层。

在另一说明性实施例中，隔振器包括两个椭圆形环挠性体，其每个具有内表面和外表面。第一和第二支杆在其近端处与各挠性体的内表面附连，且其远端包括用于附连VEM的膨胀区域或突舌。在该说明性实施例中，VEM层附连在各支杆远端的膨胀区域的各个侧面上。附连有四个约束层（在支杆远端的膨胀区域的两侧上各有一个）以覆盖VEM层。

例如，也可以使用多个隔振器以提供紧凑且质量轻的振动负载隔离装配系统。使用这种隔振器的负载隔离装配系统可以在所有振动负载方向上提供独立可测的屈服性，同时保持强度和线性度，并且在有效荷载-火箭接口的紧凑性或重量方面也不存在明显的牺牲。隔振器的剪切壁式约束层阻尼明显减少了例如从支撑基座到有效荷载的振动负载传输。

在说明性实施例中，可选地为一件式构造，但也可以是组装式的挠性元件可以用在组装式设备中。有效荷载可以附连在上部挠性区段上，运载火箭或支撑结构或基座可以附连在装配件的挠性元件的下部挠性区段上。有效荷载相对于支撑件的位置及总体方向关系限定了通常理解的有效荷载与支撑基座的组合的纵向方向，类似地，上部挠性区段和下部挠性区段通常被认为与该纵向方向或轴对齐，且在本文中就是如此描述的。然而，有效荷载与支撑件的组合或者运载火箭的纵轴可以被定义成出现负载和期望进行振动隔离的任何方向。因此，本发明中有关与公共纵轴大致对齐的描述不应被解释成是对任何空间固定的轴线的限制。

该设备保持了以下优点，即：在具有显著的被动阻尼的情况下提供了特别规定的纵向和侧向屈服性，以及在有效荷载与其支撑结构或火箭之间形成对接时提供非常合适的纵向轮廓。该设备允许挠性元件的外形形成为使有效荷载的有效平面轮廓的增加最小，从而相应地允许航天器-整流罩的间隙不出现明显增加或根本不增加。

附图说明

将参考下列附图描述非限制性和非详尽性实施例，其中贯穿各个附图，除非以其它方式做了明确说明，否则类似的附图标记将指示类似的部件。

图1是使用根据本发明原理的隔振器的实施例的机械系统的方框图；

图2是根据本发明原理的隔振器的说明性单环实施例的分解图；

图3是根据本发明原理的隔振器的说明性双环实施例的分解图；

图4是图3的隔振装配件的局部分解图；

图5是包含在图3的隔振装配件内的挠性元件的轴测图；

图6是根据本发明原理的隔振器的说明性双矩形环实施例的分解图；

图7A和7B分别是根据本发明原理的隔振器的说明性双矩形环实施例的正视和俯视图，其中矩形的组成环的主轴线彼此形成一定角度；

图8是根据本发明原理的隔振器的说明性双环实施例的分解图，其中粘弹性材料约束层联接器形成悬臂；

图9是采用多个根据本发明原理的隔振器的说明性实施例的多元件机械系统的透视图。

具体实施方式

尽管将按照特定实施例描述所要求的主题，但是在本发明的范围内也包括其它实施例，其中包括不具备所有文中提及的优点和特征的实施例。可以在不背离本发明精神或范围的情况下对结构、逻辑及方法步骤实施各种变化。参见罗盘方向，“上”、“下”、“上部”、“下部”、“顶部”和“底部”仅为示例性的，而非意图限制依照所要求主题的原理的示例性实施例或示例性实施例的元件的方位。因此，本发明的范围仅由所提交的权利要求限定。

图1提供了多元件机械系统中的根据本发明原理的隔振器的实施例100的方框示图。在该实施例中，隔振器100在机械元件108和机械元件110之间提供振动隔离。隔振器100包括挠性体102、约束粘弹体材料（VEM）层联接器104、以及粘弹性材料约束层106。在说明性实施例中，挠性体102例如可以是低轮廓的挠性体。VEM层联接器104将挠性体与粘弹性材料约束层106联接，以阻尼挠性体102内的相对运动，其中，挠性体102中的运动由机械元件108和110之间的相对运动引起。

VEM层联接器104可以包括多个相对刚性的构件或支杆，其被设置成以抵抗挠性体102上的附连支柱的点之间的相对运动的方式将粘弹性材料约束层106与挠性体102联接。在说明性实施例中，支杆可以在环状挠性体的内侧面或外侧面上与环形挠性体102附连。为便于下面的讨论，与所附连的挠性体最近的支杆末端将被称作近端，与所附连的挠性体最远的支杆末端将被称作远端。支杆可以在其远端上包括例如膨胀形成为VEM层的附连提供更大表面积的垫板的区域。

隔振器100可以实现成在负载路径上提供明显的被动阻尼和振动隔离的紧凑、轻质、高强度、线弹性的装配件。可以使用多个这种隔离器以形成例如用于航天器运载火箭的、在所有方向上提供独立可控且范围宽泛的屈服性的装配件。环形挠性体102可以为包括例如椭圆形、圆形或矩形在内的任何式样，且可以包括一个或多个环。粘弹性材料约束层106为挠性体102增加刚度和阻尼，但是与其它的粘弹性材料约束层法相比额外增加的刚度要少些。对于在高频上影响系统性能的局部隔离器振动模式（在此称作涌波模式），隔振器100可以关于给定数量的阻尼产生更高频率的涌波模式。此外，由于垫板区域及相应的约束层区域的尺寸可以具有较大范围，因此对于使用这种隔振器100的设计人员而言，在阻尼度上可以具有更大余地。

挠性体102可以例如是一件式结构或组装式的。根据本发明原理，粘弹性材料约束层106的方位被设置成形成剪切壁，所述剪切壁阻碍与其刚性耦联的挠性体的部分的相对运动，从而阻尼这种运动。接着，隔振器100阻尼机械元件108、110的相对运动。粘弹性材料约束层106因此阻碍挠性区段之间的相对运动。挠性区段的这种相对运动尽管非常微小，但是可能在粘弹性材料约束层106中形成显著剪切，因而产生相当大的阻尼。粘弹性材料约束层的关键设计参数包括：约束层的厚度，约束层的弹性模量，VEM层的厚度，VEM的面积，VEM层的剪切模量，以及约束层的位置，所有这些参数均可以例如通过建模或根据经验来确定。在重量为重要考虑因素的应用场合中，可以为约束层采用高级材料，诸如金属基质或石墨环氧树脂。在重量的重要性较弱的应用场合中，可以为约束层使用更普通的材料，诸如铝。

正如将在有关附图的讨论中所述那样，挠性体102例如可以由一个或多个环构成。这些环在总的方面上可近似为椭圆形（包括圆形环）或矩形。在多环实施例中，一个或多个环可以或者可以不与一个或多个其它环共用主轴，这取决于形状因数设计限制。各个挠性环可以被描述成具有上段和下段，其具有相应的上、下附连装置，所述附连装置可以在一个挠性体102内的多个环当中共用。这种挠性环提供纵向和侧向的屈服性。在说明性实施例中，环形挠性体的上、下附连近端之间的距离为受控的间隔距离。该受控距离可以被设置成最小值以使承受不期望振动的系统的整体轮廓最小化。该最小距离值可以通过评估例如被隔离部件的质量、静态负载、隔离器的偏转及振动负载的预计量值来确定。

例如，在航天器应用机械元件108和运载火箭应用机械元件110的航天器/运载火箭应用场合中，可以使用多个隔振器100来将航天器与运载火箭耦联。在这种实例中，纵向在本文中将被视为沿运载火箭的主轴方向。通过最小化挠性环的附连近端（即，环上的挠性体与航天器和运载火箭附连的部分）之间的受控距离，振动隔离系统对系统纵向轮廓的贡献可以被最小化。

在说明性实施例中，挠性体102可以完全或部分由高强度材料（诸如铝、钛或钢）构成。这种高强度材料的使用形成更耐用可靠的、用于连接系统（诸如有效荷载/运载火箭系统）元件的装置。高强度挠性环的使用不仅确保更耐用可靠的连接/支撑装置，它还提供线性偏转特性：与在负载路径上应用弹性体的常规阻尼方法相比更优的另一优势。正如将从下面附图及讨论中变得更为明显的那样，粘弹性材料约束层106与系统负载路径以并联而非串联的方式工作。

在图2的说明性实施例中，隔振器100包括单环挠性体200，其中在相应的突舌206、208上形成有立柱202、203（部分被遮挡）和孔洞204、205（部分被遮挡）附连装置，用于与承受振动作用的系统元件（这种元件例如可以是航天器结构和航天器部件）附连。在此说明性实施例中，立柱202和孔洞204附连装置附连到系统的一个元件（例如运载火箭），立柱203和孔洞205附连装置附连到需要振动阻尼的系统的另一元件（例如航天器）。约束层联接器104包括支杆210和212，所述支杆被设置成将挠性体200的运动耦合给突舌214和216。在此说明性实施例中，突舌214、216上附连4个VEM层218，在两个突舌的两侧上各有一个。两个约束层220被附连到VEM层218上，从而形成粘弹性材料约束层，其中，支杆210、212的附连点的相对运动使VEM层发生变形，从而将来自挠性体200的振动能耦合至VEM层218中，并且使VEM层218发生剪切。这种剪切作用将振动能施加到粘弹性材料约束层218上，所述层218吸收振动能并且以发热的形式耗散该振动能，从而阻尼挠性突舌206、208以及与之附连的机械元件的运动。尽管在此说明性实施例中显示位于挠性体的环内，但是落在所要求主题的范围内的其它实施例允许例如将粘弹性材料约束层联接器（例如，支杆210、212和突舌214、216）及粘弹性材料约束层设置在环外。在这种实施例中，支杆可以以任何能够反对在挠性体内发生平移运动的结构形式与挠性体附连。这种运动可源自挠性体为响应于隔振器为其提供振动阻尼的主体之间的负载而发生的屈服。为此，附连点可被设置成提供在挠性体200的附连点彼此相对时的最大值至挠性体200的附连点彼此不共线时的较小运动阻碍值之间变化的运动阻碍。在这个及其它说明性实施例中，约束VEM材料层也可以以第7,249,756号美国专利中公开的方式被附连在挠性体200的周边。

图3描绘了双环挠性体粘弹性材料约束层隔振器100的说明性实施例。隔振器100可以例如被用作隔离装配件。对于图3中示出的设备100，在图4中示出了该实施例的局部分解图。如图3中所示，装配好的隔振器100包括挠性元件300和联接器104（在本文中也被称作桥状件104）。挠性元件300包括环形区段331和333。

图4示出了挠性元件300的挠性环331内的桥状件104内部包含的VEM和刚性约束层的关系。在该视图的分解部分中，桥状件的区段441和442从挠性环331朝向对方伸出。VEM层片段445和446分别与桥状件的区段441和442附连。约束层448与VEM层片段445和446的相对面附连，并且横跨和完成桥状件104，使得桥状件的区段441相对于桥状件的区段442的运动引起VEM层片段445和446的剪切。

在图3和4的说明性实施例中，额外的VEM层片段455和456与约束层458组合，并且以类似方式与桥状件的区段441和442的相对侧附连，从而关于桥状件的区段441和442对称地形成VEM层和约束层。

对于图3的说明性实施例，图5示出了构设在隔振器100内的挠性元件300。挠性元件300包括上、下部挠性区段511和512，其分别具有附连装置和附连近端521和522。如图3中所示，挠性环形区段331和333横跨于上、下部挠性区段511和512之间。此说明性实施例的挠性元件300为一件式构造，因此，挠性环形区段331和333分别平滑无接缝地过渡至上、下部挠性区段511和512的附连近端521和522。桥状件的区段441和442从挠性环331上伸出且位于其内部，桥状件的区段451和452从挠性环333上伸出且位于其内部，且当随后与VEM和约束层形成连接时形成阻尼桥状件104。

如图5中所示，上部挠性区段511的附连近端521与下部挠性区段522的附连近端512间隔相对较小距离。该较小间距可随意设置成最小受控距离，以实现隔离装配件100的极低轮廓属性，同时又提供振动隔离所需要的有效荷载相对于支撑结构的必要的纵向运动量。

理论上，可以是一个或者多个（其成对地关于上、下部挠性区段的附连近端对称间隔放置）的挠性环形区段的尺寸、形状和横截面可以发生改变，而与上、下部挠性区段的附连近端以及附连近端之间的最小受控距离无关。本发明的这一特性保留了第7,249,756号美国专利发明的自由度和手段，从而以足够且相称的程度引入纵向和侧向屈服性，以便在各个运动轴上同等地获得振动隔离。

通过挠性环形区段的加入，挠性元件300允许上部挠性区段511相对于下部挠性区段512的纵向和侧向运动。在大部分位于上部挠性区段内（如同本实施例中那样）的挠性环形区段的任何部分内部，可以通过加入阻尼来选择和实现阻尼部。各个桥状件内的第一和第二区段之间的相对运动于是被施加到VEM层中。所产生的VEM层变形关于所有振动轴形成明显的导出阻尼。

在另一说明性实施例中，侧向上的阻尼可以通过挠性环之间的侧向桥接而进一步加强。VEM层和伴随的约束层被放置成横跨相邻环形区段之间的桥状件区段。图5中的支杆521、522之间的间距可以被设置成相对较小的受控距离，以使附连元件的组合具有相对低的轮廓。在隔振器100中的一个或多个被用作例如航天器与运载火箭之间的隔离装配件的系统中，这种低轮廓构造尤其重要。该间距可以被设置成相对较小的受控距离，其实现低轮廓系统，同时又允许航天器和运载火箭之间的纵向运动。

挠性环331和332的尺寸、形状及横截面可以发生改变，而与上、下部挠性区段的附连近端（即挠性区域近端支杆521和522）无关，同时不改变挠性体300的附连近端区段之间的受控分开。这种设计的灵活性允许挠性环331、333以允许所有运动轴上的振动隔离的方式引入纵向和侧向屈服性。

图6描绘了双矩形环约束VEM挠性隔振器100的说明性实施例。在该说明性实施例中，双环挠性体600包括用于与需要振动隔离的系统元件附连的系统附连支杆602、604。挠性体600的两个环大体为矩形。两个约束层联接器104分别包括两个支杆610、612和末端突舌614、616。如同先前的说明性实施例，约束层联接器104将支杆610、612与环的附连位置之间的相对平移运动联接给粘弹性材料约束层，其阻尼环的运动，继而阻尼支杆602、604附连的机械元件的相对运动。在该说明性实施例中，每个环包括4个VEM层618，末端突舌614、616的两侧上分别附连有一个VEM层。约束层620在末端突舌614、616的两侧与成对的VEM层附连。

图7A和7B分别描绘了根据所要求主题原理的双矩形环约束VEM挠性隔振器100的说明性实施例的正视和俯视图。在该说明性实施例中，双环挠性体700包括用于与需要振动隔离的系统元件附连的系统附连支杆702、704。这两个环大体为矩形。两个约束层联接器104每个分别包括三个支杆710、712、713和末端突舌714、716、717（不可见）。约束层联接器104将支杆710、712、713与环的附连位置的相对平移运动联接给粘弹性材料约束层，其阻尼环的运动。在该说明性实施例中，每个环包括6个VEM层718，末端突舌714、716、717的两侧上各附连有一个VEM层。约束层720在末端突舌714、716、717的两侧分别与成对的VEM层附连。从图7B的俯视图中可以明显看到，在该说明性实施例中，与之前的说明性实施例形成对比的是，矩形环的主轴不共线。各种设计限制均可以通过这种构造来解决。

图8描绘了四边形－圆形环约束VEM挠性隔振器100的说明性实施例。在该说明性实施例中，四边形环挠性体800包括用于与需要振动隔离的系统元件附连的系统附连支杆802、804（不可见）。这四个环大体为椭圆/圆形。四个约束层联接器104每个分别包括两个支杆810、812和末端突舌814、816。约束层联接器将支杆810、812与相应环的附连位置之间的相对平移运动联接给粘弹性材料约束层818，其阻尼环的运动。在该说明性实施例中，每个环包括2个VEM层818，相应的末端突舌814、816的“外”侧上各附连有一个VEM层。约束层820在成对的VEM层的“外”表面上与成对的VEM层附连。在该说明性实施例中，各个VEM层横跨两个末端突舌，所述突舌覆盖两个环的一半不到。VEM层之间的分开被选择成即使附连支杆802、804产生最大运动，VEM层彼此之间也不会形成接触。VEM层还覆盖支杆的外表面，其悬接末端突舌伸入相应环的内部。在该说明性实施例中，单个约束层覆盖两个VEM层（4个VEM层区域）。该实施例说明了一种使VEM表面积最大化的方法。

根据本发明原理的隔振器100可以与其它这种振动设备或者常规隔振器结合使用以实现其中第一和第二机械元件彼此振动隔离的系统。在说明性实施例中，第一和第二机械元件例如分别可以是有效荷载支撑结构900和运载火箭902，正如图9的透视图中所描绘的那样。在这种实施例中，隔振器100可以被插入到有效荷载支撑结构900与火箭902或支撑结构之间的装配位置中。上、下部挠性区段的附连近端（例如图5的支杆521、522）位于有效荷载关于支撑结构的紧固件路径（footprint）内，挠性环形区段位于该紧固件路径之外。隔振器100可以例如围绕有效荷载与支撑结构之间的接口法兰的周边排列设置。隔离器或装配件100的数量及位置可以被设置成为整个隔振系统形成期望的纵向和侧向屈服性。

根据有效荷载与支撑结构之间的接口路径的特定形状，隔振器的形状可以改变以最小化隔振系统对有效荷载及支撑结构的总体平面轮廓的冲击。隔振器100也可以采用凹形平面形状以允许将隔离器100插入负载路径，同时保持隔离器环的大部分位于接口路径之外。

有效荷载支撑结构900相对于运载火箭902的位置及总体方向关系限定了通常理解的组合火箭的纵向方向，类似地，上部挠性区段和下部挠性区段通常被认为与该纵向方向或轴线对齐，且在本文中就是如此描述的。然而，组合火箭的纵轴线可以被定义成出现负载和期望进行振动隔离的任何方向。本发明中有关与公共纵轴线大致对齐的描述不应被解释成是对任何空间固定的轴线的限制。

挠性元件的构造可以是组合式的，而非局限于所描绘的一件式挠性元件。特别地，挠性环形区段和/或桥状件区段可以是可与挠性元件的附连近端分离的。这使得能够置换或更换环形区段和/或桥状件区段以修复或改变设备的屈服性。各种刚度的挠性环形区段和桥状件区段因此可以互换以修改和重新定义设备及系统的隔振特性。也可以在挠性环形区段、桥状件区段和挠性元件的附连近端之间使用不同的材料。

VEM层的形状、约束层的形状以及VEM在挠性元件上的附连位置均可以变化以改变屈服性和增强阻尼。此外，挠性元件本身或其部件可以由提供更大内在阻尼的材料（诸如铜铍合金）形成。

在本发明的范围内，挠性元件的附连装置和附连近端可以由侧向连接的附连凸台的上部阵列和侧向连接的附连凸台的下部阵列形成，其中各凸台分别接收用于将有效荷载或火箭附连到隔离设备上的紧固件、夹具或其它附连元件。对于该实施例，上部阵列中的各个附连凸台在下部附连凸台阵列内具有相应的附连凸台，使得下部阵列中的相应凸台沿纵向被设置在下方最小受控距离处。各对上、下附连凸台具有至少一个连接它们的挠性环形区段。在一个实施例中，挠性环形区段成对设置以关于成对的附连凸台的各个末端形成近似对称的结构，挠性环形区段还可以由多对构成。所形成的挠性元件为多个侧向移位和连接的挠性子元件之一，其中挠性子元件的组合决定了隔振设备的总体侧向和纵向刚度。在任意或所有挠性环内，或者在挠性环之间，均可实现阻尼桥状件。各个挠性环形区段可以具有阻尼桥状件部分或者与其它环桥接，以便进一步增强隔振设备的总阻尼。

与在串联负载路径内具有强度较低的弹性体或其它易屈服材料的其它现有技术系统相比，本实施例在整个挠性元件上保持完全高强度材料负载路径（诸如通过铝、钛或钢实现）提供了一种更耐用和可靠的用于连接有效荷载和火箭的装置。可以获得近似线性的负载-偏转行为特性，从而提供与现有技术的系统中相比更为直接、可预测和温度相对恒定的振动隔离频率。

本实施例可以重复使用以形成完整的有效负载－火箭隔振系统。为实现该系统，要将设备插入到有效荷载和火箭或支撑结构之间的任意或所有装配位置。上、下部挠性区段的附连近端位于有效荷载关于支撑结构的紧固件路径内，挠性环形区段位于该紧固件路径之外。

本实施例可以被用于振动和震动隔离任何质量和尺寸的有效荷载。一种潜在的应用可以是航天器部件（诸如反应轮、相机和低温冷却机）的振动和震动隔离。本实施例可用于隔离振动和震动进入部件以及将基座结构（诸如卫星平台）与产生振动或震动负载的部件隔离。

贯穿整个说明书，“一个实施例”或“实施例”的引用意味着关于该实施例描述的特定特征、结构或特性包含在所要求主题的至少一个实施例中。因此，在本说明书的各个位置上出现词语“在一个实施例”或“实施例”并不一定都是指同一实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以结合在一个或多个实施例中。尽管已经说明和描述了当前被视为示例性实施例的内容，但是本领域技术人员能够理解，可以进行各种其它修改或等同替换，而不会背离所要求的主题。此外，可以进行大量修改以使特定情形适应所要求主题的教导，同时不背离文中所描述的中心思想。例如，尽管在说明性实施例中描述的附连装置采用两孔紧固件图案，但是该附连装置可以是机械领域内已知的任何类型，并且上下附连装置不必是相同的。因此，期望所要求的主题不限于所公开的特定实施例，而是所要求的这种主题还可以包括落在所提交的权利要求范围内的所有实施例及其等同变换。

Claims (30)

1.一种隔振器，包括：

挠性体；

在附连点处与挠性体附连的多个相对刚性构件；

粘弹性材料（VEM）约束层；以及

所述相对刚性构件将粘弹性材料约束层与挠性体联接以对抗挠性体的附连点之间的相对平移和旋转运动。

2.如权利要求1所述的隔振器，其中挠性体包括环。

3.如权利要求2所述的隔振器，其中挠性体包括沿单轴线对齐的多个环。

4.如权利要求2所述的隔振器，其中挠性体包括沿多个轴线对齐的多个环。

5.如权利要求2所述的隔振器，其中挠性体包括椭圆形环。

6.如权利要求2所述的隔振器，其中挠性体包括矩形环。

7.如权利要求2所述的隔振器，其中粘弹性材料约束层位于挠性体的环的内部。

8.如权利要求1所述的隔振器，还包括：

第一机械元件；

第二机械元件；以及

第一和第二机械元件通过隔振器联接。

9.一种设备，包括：

环形挠性体；

第一和第二相对刚性构件，所述第一和第二相对刚性构件具有在附连点处与挠性体附连的末端突舌；

四个粘弹性材料（VEM）层，在末端突舌的四个侧面中的每一个上布置有一个所述粘弹性材料层；以及

两个约束层，每个所述约束层在末端突舌的给定侧与两个约束层附连；

其中刚性构件被附连在多个点处以将粘弹性材料约束层与挠性体联接以对抗挠性体的附连点之间的相对平移和旋转运动。

10.如权利要求9所述的设备，其中挠性体还包括用于与多个机械元件附连的附连装置，以便彼此间隔预定距离地支撑这些机械元件以及阻尼和隔离两个机械元件之间的振动。

11.如权利要求10所述的设备，还包括：

第二环形挠性体；

第三和第四相对刚性构件，所述第三和第四相对刚性构件具有在附连点处与第二挠性体附连的末端突舌；

四个粘弹性材料（VEM）层，在第三和第四相对刚性构件的末端突舌的四个侧面的每一个上布置有一个所述粘弹性材料层；以及

两个约束层，每个约束层在第三和第四刚性构件的末端突舌的给定侧与两个约束层附连；

其中所述相对刚性构件被附连在多个点处以将粘弹性材料约束层与挠性体联接以对抗挠性体的附连点之间的相对平移和旋转运动。

12.如权利要求11所述的设备，其中第一和第二挠性体的主轴线是对齐的。

13.如权利要求11所述的设备，其中第一和第二挠性体的主轴线与该设备的纵轴线正交。

14.一种设备，包括：

被隔离部件；

基座结构；

附连在被隔离部件和基座结构之间的多个隔振器；

每个隔振器包括：

环形挠性体，其中该挠性体包括用于与被隔离部件和基座结构附连的附连装置，以便彼此间隔预定静止距离地支撑被隔离部件和基座结构以及阻尼和隔离被隔离部件和基座结构之间的振动；

第一和第二刚性构件，所述第一和第二刚性构件具有在附连点处与挠性体附连的末端突舌；

四个粘弹性材料（VEM）层，在末端突舌的四个侧面中的每一个上布置有一个粘弹性材料层；以及

两个约束层，每个约束层在末端突舌的给定侧面上与两个约束层附连；

其中相对刚性构件被附连在多个点处以将粘弹性材料约束层与挠性体联接以对抗挠性体的附连点之间的相对平移和旋转运动。

15.如权利要求14所述的设备，其中被隔离部件包括航天器，并且基座结构包括运载火箭。

16.如权利要求14所述的设备，其中每个隔振器还包括：

第二环形挠性体；

第三和第四相对刚性构件，所述第三和第四相对刚性构件具有在附连点处与第二挠性体附连的末端突舌；

四个粘弹性材料（VEM）层，在第三和第四相对刚性构件的末端突舌的四个侧面中的每一个上布置有一个粘弹性材料层；以及

两个约束层，每个约束层在第三和第四相对刚性构件的末端突舌的给定侧面上与两个约束层附连；

其中所述相对刚性构件被附连在多个点处以将粘弹性材料约束层与挠性体联接以对抗挠性体的附连点之间的相对平移和旋转运动。

17.一种隔振设备，包括：

挠性元件，该挠性元件包括与公共纵轴线大体对齐的上部和下部挠性区段；

其中上部和下部挠性区段每个具有附连装置和附连近端，使得上部挠性区段的附连近端与下部挠性区段的附连近端间隔最小受控距离；

其中挠性元件还包括至少一个挠性环形区段；

其中上部和下部挠性区段的附连近端通过所述至少一个挠性环形区段在挠性元件内彼此连接；

其中所述至少一个挠性环形区段具有相对于上部和下部挠性区段的附连近端独立的形状和横截面，以及具有相对于上部和下部挠性区段的附连近端之间的最小受控距离独立的形状和横截面；以及

其中至少一个阻尼桥状件被构造成横跨至少一个挠性环形区段，所述桥状件包括与至少一个挠性环形区段的第一部分附连且从其伸出的第一桥状件区段以及与至少一个挠性环形区段的第二部分附连且从其伸出的第二桥状件区段；

粘弹性材料（VEM）层，所述粘弹性材料层具有第一和第二正面，使得第一正面与第一和第二桥状件区段附连；以及

刚性约束层，所述约束层附连至粘弹性材料层的第二正面，使得第一桥状件区段相对于第二桥状件区段的运动受到刚性约束层的约束，并且引起在粘弹性材料层中的剪切。

18.如权利要求17所述的设备，其中所述挠性元件包括高强度的线弹性材料。

19.如权利要求17所述的设备，其中该至少一个挠性环形区段包括多个挠性环形区段，每个挠性环形区段连接上部挠性区段的附连近端和下部挠性区段的附连近端。

20.如权利要求19所述的设备，其中阻尼桥状件被构造成沿侧向在所述挠性环形区段之间。

21.如权利要求19所述的设备，其中每个挠性环形区段被构造成至少一个阻尼桥状件。

22.如权利要求19所述的设备，其中所述多个挠性环形区段由四个挠性环形区段构成，其中两个平行的环形区段在上部和下部挠性区段的两个相对末端的每一个处连接上部挠性区段和下部挠性区段。

23.如权利要求17所述的设备，其中挠性元件为一件式构造。

24.如权利要求17所述的设备，其中至少一个挠性环形区段为矩形的。

25.如权利要求17所述的设备，其中挠性元件为组件，并且至少一个挠性环形区段能够与上部和下部挠性区段分离，并且能够由具有不同刚度的挠性环形区段替换。

26.如权利要求19所述的设备，其中挠性环形区段由不同材料构成。

27.如权利要求17所述的设备，其中粘弹性材料层附连在与纵轴线对齐的第一和第二桥状件区段的所有表面上，并且刚性约束层附连在与附连至第一和第二桥状件区段的粘弹性材料层表面相对的所有粘弹性材料层表面上。

28.如权利要求17所述的设备，其中挠性元件的附连装置和附连近端包括侧向连接的附连凸台上部阵列和侧向连接的附连凸台下部阵列，其中上部阵列的每个附连凸台在附连凸台下部阵列内具有相应的附连凸台，每对上、下附连凸台具有至少一个连接它们的挠性环形区段。

29.一种隔振安装系统，包括多个如权利要求17所述的设备，其中设备被插入在有效荷载和有效荷载支撑结构之间的每个保留装配位置上。

30.如权利要求28所述的隔振安装系统，其中每个隔离设备具有下凹平面形状的挠性元件，使得每个设备的上部和下部挠性区段的附连近端被布置在有效荷载与支撑结构的紧固件路径内，每个设备的所有挠性环形区段能够布置在紧固件路径的外侧。

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