CN104443445A - 一种阻尼管支架式减振适配器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在运载火箭主动飞行段能有效抑制结构振动、改善卫星力学环境的星箭连接装置,具体是一种阻尼管支架式减振适配器,该阻尼管支架式减振适配器主要由上端框、八个上端框接头、十六根剪切式阻尼管、八个下端接头组成,八个上端框接头和下端接头呈周向对称分布,每个接头分别连接两根阻尼管,每根阻尼管与上下接头交叉连接。本发明构成了卫星与火箭之间具有减振性能的整体式适配器结构,具有良好的减振隔振性能,还保持了适配器结构应具有的刚度指标要求、并满足不增加结构质量的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种星箭之间的适配器连接产品,该产品是整体式的,具有较好的减振性能,能改善卫星有效载荷的力学环境。
背景技术
运载火箭主动飞行段产生的动力学环境,是卫星有效载荷主要设计依据。据美国NASA的一项研究表明,在首次发射卫星产生的破坏和失效现象中,45%是由于运载火箭主动飞行段恶劣的振动环境引起的。在国内卫星的研制过程中,卫星有效载荷结构由于不能通过地面振动试验而延长研制周期的情况时有发生,或者是为了通过地面振动试验,使得结构设计比较笨重,大大降低卫星的有效载荷比。如何改善运载火箭主动飞行段卫星有效载荷的力学环境,提高卫星的可靠性、延长卫星的使用寿命,一直是星箭双方特别关注的研究课题。减振适配器的作用是抑制运载火箭在发射过程中结构振动,改善卫星在火箭主动飞行段的力学环境,降低卫星结构设计力学载荷,提高卫星结构可靠性。
目前国内尚没有应用于型号任务的整星减振适配器宇航产品,当前使用的整体式适配器结构本身减振隔振性能较弱,只有一些部件级隔振产品,如隔振器等。在国外,有一些基于主动隔振或主被动混合隔振技术的减振隔振产品,但基于主动隔振的产品需要做动器等抑制部件,结构质量和控制要求较高,一般适应于大型卫星有效载荷。另外,还有一些基于隔振单元集成的减振隔振产品,如CSA公司开发的具有单向隔振功能的被动型隔振单元,以及具有三向隔振功能的被动型隔振单元,这种隔振单元是由铝合金材料填充阻尼材料组成,通过一定数量的隔振单元镶嵌到卫星与运载火箭之间,减缓运载火箭主动飞行段的振动。通过隔振单元组合进行隔振的方式,存在较大的局限性:单个隔振单元加工精度要求高、装配工艺复杂,多个隔振单元组成的上下安装面的平面度和平行度难以保证;阻尼材料受力不均匀,限制了阻尼层的阻尼效果,影响减振隔振性能。
发明内容
本发明提供一种阻尼管支架式减振适配器,主要针对中小型卫星产品,解决卫星减振隔振技术的上述不足,进一步改善卫星有效载荷在火箭主动飞行段的力学环境。
本发明的技术方案如下:
一种阻尼管支架式减振适配器,是卫星与运载火箭之间的连接部件,该适配器主要由一体成型的上端框、十六根剪切式阻尼管、用于连接所述上端框和所述剪切式阻尼管的多个上端框接头及螺栓、以及多个下端接头组成,所述的上端框是连接所述剪切式阻尼管和卫星有效载荷的部件,所述下端接头结构是连接所述剪切式阻尼管和运载火箭舱段结构的部件;其中,
所述剪切式阻尼管是减振和支承部件,主要由铝合金接头、碳纤维管、阻尼胶、铝合金套管、钢制弹簧管组成,由碳纤维管与阻尼胶之间的剪切效应来抑制火箭主动飞行段的结构振动;
所述上端框与所述剪切式阻尼管连接的位置共八处,呈周向对称分布,通过八个所述上端框接头进行连接,每个上端框接头包括两个连接接头;所述十六根剪切式阻尼管的布局形式为周向对称交叉分布,每根剪切式阻尼管分别交叉连接一上端框接头和一下端接头结构;所述下端接头结构共有八个,每个接头可以连接两个阻尼管,每个下端接头结构是一体化机械加工完成。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明的阻尼管支架式减振适配器,相对于现有的适配器结构,具有良好的低频振动抑制效应。一般情况下,运载火箭主动飞行过程中,低频振动会通过适配器下端面传递到卫星有效载荷;而使用本发明的阻尼管支架式减振适配器,低频振动通过适配器下端面传递到卫星的过程中,减振适配器中的剪切式阻尼管中的阻尼层会产生剪切变形,进而抑制低频振动响应向卫星的传递,从而起到减振隔振的作用,改善卫星有效载荷的力学环境;
本发明支架式减振适配器,除具有良好的减振隔振性能外,还保持了适配器结构应具有的刚度指标要求、以及不增加结构质量的要求;通过本发明的阻尼管支架式减振适配器制作的支架式减振适配器原理样机通过地面振动试验对比分析,较锥壳式旧适配器相比,本发明支架式减振适配器能使得卫星质心处均方根值横向降低12.8%、纵向降低13.2%;
相对于传统的隔振单元排列布置的形式,本发明的阻尼管支架式减振适配器是整体式的,便于星箭对接、以及适配器与运载火箭之间的对接,在改善卫星力学环境的基础上进一步提高产品的可靠性。
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1A是阻尼管支架式减振适配器整体结构的视图;
图1B是阻尼管支架式减振适配器整体结构的一侧视图;
图1C是阻尼管支架式减振适配器整体结构的另一侧视图;
图2A是减振适配器上端框的视图;
图2B是减振适配器上端框的一侧视图;
图2C是减振适配器上端框的另一侧视图;
图3A是适配器上端框与阻尼管连接的上端框接头的视图;
图3B是适配器上端框与阻尼管连接的上端框接头的一侧视图;
图3C是适配器上端框与阻尼管连接的上端框接头的另一侧视图;
图4是支架式减振适配器中,具有减振性能的剪切式阻尼管结构部件示意图;
图5A是减振适配器下端接头的视图;
图5B是减振适配器下端接头的一侧视图;
图5C是减振适配器下端接头的另一侧视图。
具体实施方式
本发明提供一种阻尼管支架式减振适配器,是卫星与运载火箭之间的连接部件,该适配器主要由一体成型的上端框、十六根剪切式阻尼管、用于连接所述上端框和所述剪切式阻尼管的多个上端框接头及螺栓、以及多个下端接头组成,所述的上端框是连接所述剪切式阻尼管和卫星有效载荷的部件,所述下端接头结构是连接所述剪切式阻尼管和运载火箭舱段结构的部件;其中,
所述剪切式阻尼管是减振和支承部件,主要由铝合金接头、碳纤维管、阻尼胶、铝合金套管、钢制弹簧管组成,由碳纤维管与阻尼胶之间的剪切效应来抑制火箭主动飞行段的结构振动;
所述上端框与所述剪切式阻尼管连接的位置共八处,呈周向对称分布,通过八个所述上端框接头进行连接,每个上端框接头包括两个连接接头;所述十六根剪切式阻尼管的布局形式为周向对称交叉分布,每根剪切式阻尼管分别交叉连接一上端框接头和一下端接头结构;所述下端接头结构共有八个,每个接头可以连接两个阻尼管,每个下端接头结构是一体化机械加工完成。
下方结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例
本实施例的阻尼管支架式减振适配器如图1A、图1B和图1C所示,主要是由上端框1、用于连接上端框与剪切式阻尼管的多个上端框接头2和螺栓、十六根剪切式阻尼管3、多个下端接头4组成。其中,上端框1是一体化成型加工而成的,如图2A、2B和2C所示,上端框1的内侧有4对突出位置11,呈周向对称分布,用于连接星箭分离装置;用于连接上端框与剪切式阻尼管的多个上端框接头2的结构如图3A-3C所示,整个阻尼管支架式减振适配器共有八个上端框接头,沿上端框1呈周向对称分布,相邻两个上端框接头之间的夹角为45度,每个上端框接头连接两根剪切式阻尼管。
剪切式阻尼管3的结构如图4所示,其是支架式减振适配器中具有减振性能的支撑部件,由铝合金接头31、碳纤维管32、阻尼胶33、铝合金套管34、钢制弹簧管35组成。
下端接头4的结构如图5A-C所示,每个下端接头都是一体化成型加工完成,用于连接剪切式阻尼管3与运载火箭产品结构。
本实施例中,八个上端框接头均是一体化成型加工,每个上端框接头与上端框之间用九个螺栓连接;每个上端框接头连有两根阻尼管,每根阻尼管与上端框接头之间用三个螺栓连接;十六根剪切式阻尼管与上下端接头交叉连接,剪切式阻尼管结构是本适配器结构中减振和支承部件,由碳纤维管与阻尼胶之间的剪切效应来抑制火箭主动飞行段的结构振动,同时碳纤维管又有良好的刚度。本阻尼管支架式减振适配器共有八个下端接头,每个下端接头连接两根阻尼管,每根阻尼管与下端接头通过8个螺栓连接,每个下端接头是一体化成型加工。
本发明及本实施例的阻尼管支架式减振适配器,相对于现有的适配器结构,具有良好的低频振动抑制效应。一般情况下,运载火箭主动飞行过程中,低频振动会通过适配器下端面传递到卫星有效载荷;而使用本发明的阻尼管支架式减振适配器,低频振动通过适配器下端面传递到卫星的过程中,减振适配器中的剪切式阻尼管中的阻尼层会产生剪切变形,进而抑制低频振动响应向卫星的传递,从而起到减振隔振的作用,改善卫星有效载荷的力学环境。
本发明及本实施例的阻尼管支架式减振适配器,除具有良好的减振隔振性能外,还保持了适配器结构应具有的刚度指标要求、以及不增加结构质量的要求。针对本发明减振适配器,开展减振性能试验。通过本发明及本实施例的阻尼管支架式减振适配器,制作了支架式减振适配器原理样机,通过输入相同的地面振动试验条件,测试卫星质心处加速度响应,经对比分析,发现与锥壳式旧适配器相比,本发明及本实施例的阻尼管支架式减振适配器能使得卫星质心处均方根值横向降低12.8%、纵向降低13.2%。
相对于传统的隔振单元排列布置的形式,本发明及本实施例的支架式减振适配器是整体式的,便于星箭对接、以及适配器与运载火箭之间的对接,在改善卫星力学环境的基础上进一步提高产品的可靠性。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (4)
1.一种阻尼管支架式减振适配器,是卫星与运载火箭之间的连接部件,其特征是,该适配器主要由一体成型的上端框、十六根剪切式阻尼管、用于连接所述上端框和所述剪切式阻尼管的多个上端框接头及螺栓、以及多个下端接头组成,所述的上端框是连接所述剪切式阻尼管和卫星有效载荷的部件,所述下端接头是连接所述剪切式阻尼管和运载火箭舱段结构的部件;其中,
所述剪切式阻尼管是减振和支承部件,主要由铝合金接头、碳纤维管、阻尼胶、铝合金套管、钢制弹簧管组成,由碳纤维管与阻尼胶之间的剪切效应来抑制火箭主动飞行段的结构振动;
所述上端框与所述剪切式阻尼管连接的位置共八处,呈周向对称分布,通过八个所述上端框接头进行连接,每个上端框接头包括两个连接接头;所述十六根剪切式阻尼管的布局形式为周向对称交叉分布,每根剪切式阻尼管分别交叉连接一上端框接头和一下端接头结构;所述下端接头结构共有八个,每个接头可以连接两个阻尼管,每个下端接头结构是一体化机械加工完成。
2.根据权利要求1所述的阻尼管支架式减振适配器,其特征是,所述上端框设有与每个所述剪切式阻尼管的铝合金接头相匹配的螺栓通孔,以进行螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的阻尼管支架式减振适配器,其特征是,所述剪切式阻尼管的碳纤维管由复合材料铺层成型工艺加工完成,以确保有较好地刚度和强度。
4.根据权利要求1所述的阻尼管支架式减振适配器,其特征是,所述每个上端框接头是一体化成型加工。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150325 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |