CN103671692A

CN103671692A - 用于航天器运输工况改变的包装箱减振系统

Info

Publication number: CN103671692A
Application number: CN201310560085.4A
Authority: CN
Inventors: 刘广通; 郭涛; 赵培容; 傅浩; 张立建; 徐奕柳; 张伟; 祝亚宏; 肖正懿; 郑鹏; 顾世新
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: CN103671692B

Abstract

本发明公开了一种用于航天器运输工况改变的包装箱减振系统，主要包括下底板、中板、上部框架、空气弹簧、称重传感器、支撑装置、适配器、控制装置及充气装置，下底板通过多个空气弹簧支撑中板、中板通过多个支撑装置或三个以上的称重传感器支撑上部框架，称重传感器与控制装置电连接并将航天器适配器、航天器及过渡板的初始重量反馈给控制系统，控制系统通过控制充气装置的充气量以改变空气弹簧内部气体的压强，从而调节空气弹簧的刚度。本发明的装置实现了减振系统整体刚度的智能调整，可快速实现不同运输工况间的模式切换。

Description

用于航天器运输工况改变的包装箱减振系统

技术领域

本发明属于航天器运输的包装箱技术领域，具体涉及一种可满足航天器运输工况改变的包装箱减振系统。

背景技术

航天器在北京地区完成AIT（装配、集成、测试）阶段的全部工作后，需要运输至发射场进行发射前最后工作。因此，航天器运输是航天器研制过程中的重要环节，运输过程要经历汽车、火车、飞机、轮船等复杂工况，如何确保航天器运输过程力学环境安全至关重要，直接关系到卫星发射场工作的开展。

航天器运输过程中，不同平台要求的力学环境不同，其中遥感平台对力学环境要求最为苛刻，具体指标如下：振动激励经过包装箱减振系统后，传递到航天器对接面处振动加速度应小于等于0.2g；在特殊路段（火车进出站、复杂路段，紧急刹车）时，冲击加速度应小于等于1.5g，频率在20Hz内的加速度应小于等于0.6g，20～100Hz时内加速度应小于等于0.2g。

目前，航天器包装箱减振系统的减振器一般采用钢丝绳减振器，钢丝绳减振器具有软化性变形负载特性、动刚度系数随激励幅值的增大而迅速降低特性、振动峰值放大因子随激励幅值的变化特性以及大冲击下具有良好的隔振特性。钢丝绳减振器在航天器包装箱上的应用可满足航天器运输的单一工况。但是，航天器运输是一个多工况运输（汽车、火车、飞机、轮船）过程，不同运输工况的振动激励不尽相同。运输工况之间进行切换时，若减振系统要达到最好的减振效果，需要对包装箱减振系统的固有频率进行重新设计并对其减振器进行重新布局，过程繁琐，工作量具体。

针对上述问题，提出了一种可满足航天器运输工况改变的包装箱减振系统。该系统可免去减振器重新布局的繁杂过程，直接通过减振器刚度的智能调整，实现不同运输工况间的模式切换，提供航天器运输过程的便捷性和可靠性。

发明内容

本发明目的是提出了一种用于航天器运输工况改变的包装箱减振系统，旨在解决航天器运输工程中包装箱减振系统不能同时满足所有运输工况的运输难题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

用于航天器运输工况改变的包装箱减振系统，主要包括下底板、中板、上部框架、空气弹簧、称重传感器、支撑装置、适配器、控制装置及充气装置，下底板通过多个空气弹簧支撑中板、中板通过多个支撑装置或三个以上的称重传感器支撑上部框架，过渡板上焊接设置有航天器适配器，称重传感器与控制装置电连接并将航天器适配器、航天器及过渡板的初始重量反馈给控制系统，控制系统通过控制充气装置的充气量以改变空气弹簧内部气体的压强，从而调节空气弹簧的刚度。

其中，下底板与中板为中空的框架结构。

其中，多个充气弹簧和多个支撑装置均匀设置在下底板与中板之间。

其中，支撑装置为可调节上部框架高度的支撑装置。

其中，称重前后，支撑装置与上部框架接触而称重传感器与其不接触；称重中，称重传感器与上部框架接触而支撑装置与其不接触。

其中，充其量通过以下方式进行控制：已知航天器运输时一阶激振频率为f_i，其中i=1时为汽车运输工况、i=2时为火车运输工况、i=3时为飞机运输工况、i=4时为轮船运输工况，测定的中板重量记为m₁，设定q个称重传感器测定的重量分别为mc₁,mc₂,…mc_q,设定空气弹簧的个数为n，刚度k，设定空气弹簧的内部气体压强为P，设定包装箱减振系统的固有频率为F，设定减振系统的刚度为K，则

F < \frac{f_{i}}{\sqrt{2}}

K=(2πF)²(m₁+m_c1+mc₂+…mc_q)

k = \frac{K}{n}

得到空气弹簧的刚度k后，通过空气弹簧的固有关系（刚度和压强的一一对应关系）得到空气弹簧内部气体的压强P，从而充气装置可对空气弹簧进行充气使其内部空气压强数值等于P，实现空气弹簧刚度的调整。

进一步地，控制装置根据汽车运输工况、火车运输工况、飞机运输工况、轮船运输工况对应设置不同工况下的控制按钮，在运输工况发生改变时，可按下控制按钮实现航天器运输工况的模式切换。

本发明的装置实现了减振系统整体刚度的智能调整，可快速实现不同运输工况间的模式切换。

附图说明

图1是本发明的用于航天器运输工况改变的包装箱减振系统的示意图；

其中：1：下底板 2：空气弹簧 3：中板 4：称重传感器 5：支撑装置 6：上部框架 7：适配器 8：充气装置 9：控制装置。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

如图1所示，本发明的用于航天器运输工况改变的包装箱减振系统，主要包括下底板1、中板3、上部框架6、空气弹簧2、称重传感器4、支撑装置5、适配器7、控制装置9及充气装置8，下底板1通过多个空气弹簧2支撑中板3、中板3通过多个支撑装置或三个以上的称重传感器4支撑上部框架6，上部框架6上焊接设置有航天器适配器7，称重传感器4与控制装置9电连接并将航天器适配器7、航天器及上部框架6的重量反馈给控制系统，并通过控制系统控制充气装置8的某一运输工况下的充气量，以便对充气弹簧进行充气来调节其刚度。

在一具体实施方式中，下底板与中板可以为中空的框架结构，且多个充气弹簧均匀设置在下底板与中板之间。

在一具体实施方式中，多个支撑装置均匀设置在上部框架与中板之间。

在另一实施方式中，支撑装置为可调节上部框架高度的支撑装置，且称重前后，支撑装置与上部框架接触而称重传感器与其不接触；称重中，称重传感器与上部框架接触而支撑装置与其不接触。

此外，本发明中的控制装置可以根据汽车运输工况、火车运输工况、飞机运输工况、轮船运输工况对应设置不同工况下的控制按钮。

本发明的用于航天器运输工况改变的包装箱减振系统，在实际使用过程中可以根据运输工况的改变来对包装箱内的航天器进行减振，具体实际完成减振需要进行如下操作：

第一步，需要对在前获得的航天器的汽车、火车、飞机、轮船运输过程的真实数据进行计算，得到各个工况运输时的激振频率，为减振系统的刚度调整提供参考；

第二步，依据第一步得到的激振频率，结合隔振原理在软件系统中设置各个工况运输的减振系统最佳频率，并固化到各个工况的工作模式中；

第三步，将航天器与对接花盆连接，据称重传感器的数据计算航天器质心在水平方向的位置；

第四步，调节支撑装置，使称重传感器不再承受航天器重力，避免其长期承受载荷而导致的精度失真；

第五步，根据质心位置和减振系统最佳频率计算每个空气弹簧应分配的刚度，以各个弹簧的变形量相同为原则；

第六步，依据空气弹簧的刚度分配，充排气设备将自动实现各个空气弹簧的充排气调整，进而实现减振系统的刚度调整；

其中，质心位置计算算法、空气弹簧内部压力与刚度的对应算法、各个空气弹簧的刚度分配算法已固化至应用系统当中。在减振系统使用过程当中，只需要对运输的工况进行选择，即可实现不同运输工况的刚度智能调整，满足航天器多种工况运输过程的力学环境要求。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims

1.用于航天器运输工况改变的包装箱减振系统，主要包括下底板、中板、上部框架、空气弹簧、称重传感器、支撑装置、适配器、控制装置及充气装置，下底板通过多个空气弹簧支撑中板、中板通过多个支撑装置或三个以上的称重传感器支撑上部框架，过渡板上焊接设置有航天器适配器，称重传感器与控制装置电连接并将航天器适配器、航天器及过渡板的初始重量反馈给控制系统，控制系统控通过制充气装置的充气量以改变空气弹簧内部气体的压强，从而调节空气弹簧的刚度。

2.如权利要求1所述的包装箱减振系统，其中，下底板与中板为中空的框架结构。

3.如权利要求1所述的包装箱减振系统，其中，多个充气弹簧均匀设置在下底板与中板之间。

4.如权利要求1所述的包装箱减振系统，其中，多个支撑装置均匀设置在上部框架与中板之间。

5.如权利要求1-3任一项所述的包装箱减振系统，其中，支撑装置为可调节上部框架高度的支撑装置。

6.如权利要求1-3任一项所述的包装箱减振系统，其中，称重前后，支撑装置与上部框架接触而称重传感器与其不接触；称重中，称重传感器与上部框架接触而支撑装置与其不接触。

7.如权利要求1所述的包装箱减振系统，其中，充气量通过以下方式进行控制：已知航天器运输时一阶激振频率为f_i，其中i=1时为汽车运输工况、i=2时为火车运输工况、i=3时为飞机运输工况、i=4时为轮船运输工况，测定的中板重量记为m₁，设定q个称重传感器测定的重量分别为mc₁,mc₂,…mc_q,设定空气弹簧的个数为n，刚度k，设定空气弹簧的内部气体压强为P，设定包装箱减振系统的固有频率为F，设定减振系统的刚度为K，则

F < \frac{f_{i}}{\sqrt{2}}

K=(2πF)²(m₁+m_c1+mc₂+…mc_q)

k = \frac{K}{n}

8.如权利要求1所述的包装箱减振系统，其中，控制装置根据汽车运输工况、火车运输工况、飞机运输工况、轮船运输工况对应设置不同工况下的控制按钮，在运输工况发生改变时，按下控制按钮实现航天器运输工况的模式切换。