CN103758921B - 一种用于抑制航天器在轨微振动的非线性消振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于抑制航天器在轨微振动的非线性消振装置，包括腔体、弹簧、环形永磁体、阻尼和永磁体；所述环形永磁体与腔体的内壁固连在一起，所述弹簧一端与腔体的顶部连接，另一端穿过环形永磁体的内圆与永磁体连接；所述阻尼一端与腔体的顶部连接，另一端穿过环形永磁体的内圆与永磁体连接。本发明特有的结构设计，安装在航天器内部对减振要求高的部位，使其适合于对工作于微重力环境的结构进行振动抑制，因此对于工作于太空环境中航天器内的结构振动抑制具有良好效果。本装置结构简单、制造方便、成本低。

Description

一种用于抑制航天器在轨微振动的非线性消振装置
技术领域
本发明涉及机械减振领域，特别是一种用于抑制航天器在轨微振动的非线性消振装置。
背景技术
随着航天技术的日益发展，在轨航天器的微重力环境下的振动抑制问题也变得越来越突出，严重影响了空间相机精度等精密仪器的可靠性和稳定性，甚至引发严重的灾难事故。航天器在外太空所处的特殊微重力工作环境，其工况比重力环境下更为复杂，并且在轨航天器结构柔性大、阻尼小且宽频，固有频率不能轻易改变，对电磁干扰极为敏感，因此，针对在轨航天器的关键结构振动抑制是难以解决的问题。目前国际上已有四种微重力振动隔离系统被用于空间科学实验，分别是悬浮瞬态加速度抑制器（STABLE）；实验柜主动隔振系统（ARIS）；微重力隔振系统（MIM）；手套箱集成微重力隔振系统（g-LIMIT）。但是这些微重力振动隔离系统还存在只能针对低频或高频振动实现抑制，很难实现宽频振动抑制，自身可靠性不足，隔振质量较大等问题。对于实验柜主动隔振系统，由于在轨航天器柔性越来越大，模态密集，主动控制无法适应密频及控制系统可靠性低等原因无法应用。
发明内容
本发明提出一种用于抑制航天器在轨微振动的非线性消振装置，目的在于解决处于微重力环境下的航天器内部关键结构振动抑制问题。本装置可安装在航天器内部，质量小，几乎不该变航天器中结构的固有频率，对航天器中电子元件无电磁影响，可实现宽频振动抑制的非线性消振装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种用于抑制航天器在轨微振动的非线性消振装置，包括腔体、弹簧、环形永磁体、阻尼和永磁体；所述环形永磁体与腔体的内壁固连在一起，所述弹簧一端与腔体的顶部连接，另一端穿过环形永磁体的内圆与永磁体连接；所述阻尼一端与腔体的顶部连接，另一端穿过环形永磁体的内圆与永磁体连接。
进一步地，所述腔体为圆柱形薄壁腔体，一端封闭，一端开口。
进一步地，所述弹簧为强非线性螺旋形弹簧，即弹性力与运动参数成强非线性关系的弹簧。
进一步地，所述环形永磁体在腔体中的位置为弹簧处于静平衡状态下长度的中点。
进一步地，所述环形永磁体的磁极位于其上下两个端面，上端面为S极，下端面为N极。
进一步地，所述永磁体为圆柱形，其半径小于腔体的内径，能够在腔体内上下运动。
进一步地，所述永磁体的磁极位于其上下两个端面，上端面为N极，下端面为S极。
与现有技术相比，本发明具有如下实质性特点和优点：
本发明特有的结构设计，安装在航天器内部对减振要求高的部位，使其适合于对工作于微重力环境的结构进行振动抑制，因此对于工作于太空环境中航天器内的结构振动抑制具有良好效果。整个装置质量较小，几乎不改变航天器内结构的固有频率。本装置中的弹簧为强非线性弹簧，因此可以实现宽频振动抑制。本装置中的腔体采用电磁屏蔽的材料制成，因此对航天器中电子元件无电磁干扰。本装置结构简单、制造方便、成本低。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例做进一步的说明。
如图1所示，一种用于抑制航天器在轨微振动的非线性消振装置，包括腔体1、弹簧2、环形永磁体3、阻尼4和永磁体5；所述环形永磁体3与腔体1的内壁固连在一起，所述弹簧2一端与腔体1的顶部连接，另一端穿过环形永磁体3的内圆与永磁体5连接；所述阻尼4一端与腔体1的顶部连接，另一端穿过环形永磁体3的内圆与永磁体5连接。
所述腔体1为圆柱形薄壁腔体，一端封闭，一端开口。所述弹簧2为强非线性螺旋形弹簧，弹簧刚度值由根据需要抑制振动的具体结构由仿真分析或实验结果给定。所述环形永磁体3在腔体1中的位置为弹簧2处于静平衡状态下长度的中点。所述环形永磁体3的磁极位于其上下两个端面，上端面为S极，下端面为N极。所述阻尼4的阻尼值根据需要抑制振动的具体结构由仿真分析或实验结果给定。所述永磁体5为圆柱形，其半径小于腔体1的内径，能够在腔体1内上下运动。所述永磁体5的磁极位于其上下两个端面，上端面为N极，下端面为S极。
本发明的工作原理为：腔体1固定在航天器内，当航天器内结构发生振动时，腔体1和环形永磁体3将一起随之发生振动。由于环形永磁体3下端面为N极，永磁体5上端面为N极，因此环形永磁体3与永磁体5之间的磁力为排斥力，在磁力作用下，永磁体5将相对于腔体1作竖直方向的受迫振动，通过与腔体1及永磁体5连接的阻尼4和弹簧2所构成的非线性动力学系统完成宽频带下的振动抑制。

Claims (6)

1.一种用于抑制航天器在轨微振动的非线性消振装置，其特征在于，包括腔体（1）、弹簧（2）、环形永磁体（3）、阻尼（4）和永磁体（5）；所述环形永磁体（3）与腔体（1）的内壁固连在一起，所述弹簧（2）一端与腔体（1）的顶部连接，另一端穿过环形永磁体（3）的内圆与永磁体（5）连接；所述阻尼（4）一端与腔体（1）的顶部连接，另一端穿过环形永磁体（3）的内圆与永磁体（5）连接；所述弹簧（2）为强非线性螺旋形弹簧，即弹性力与运动参数成强非线性关系的弹簧。
2.根据权利要求1所述的用于抑制航天器在轨微振动的非线性消振装置，其特征在于，所述腔体（1）为圆柱形薄壁腔体，一端封闭，一端开口。
3.根据权利要求1所述的用于抑制航天器在轨微振动的非线性消振装置，其特征在于，所述环形永磁体（3）在腔体（1）中的位置为弹簧（2）处于静平衡状态下长度的中点。
4.根据权利要求1所述的用于抑制航天器在轨微振动的非线性消振装置，其特征在于，所述环形永磁体（3）的磁极位于其上下两个端面，上端面为S极，下端面为N极。
5.根据权利要求1所述的用于抑制航天器在轨微振动的非线性消振装置，其特征在于，所述永磁体（5）为圆柱形，其半径小于腔体（1）的内径，能够在腔体（1）内上下运动。
6.根据权利要求1所述的用于抑制航天器在轨微振动的非线性消振装置，其特征在于，所述永磁体（5）的磁极位于其上下两个端面，上端面为N极，下端面为S极。
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