CN105659778B - 一种展开天线的阻尼减振机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种展开天线的阻尼减振机构，所述阻尼减振机构中，扭转阻尼杆前端通过万向节安装在天线支撑筒前端上侧，后端通过球铰与航天器侧壁结构连接；刚性支撑座与扭转阻尼杆位于天线支撑筒同一横截面上的相对位置，一端与天线支撑筒前端底部固连，另一端通过球铰与航天器底部安装结构连接；两根弯曲阻尼杆对称安装在天线支撑筒后端底部，一端通过万向节与天线支撑筒相连，另一端通过球铰与航天器底部安装结构相连。所述阻尼减振机构通过扭转阻尼杆和弯曲阻尼杆将展开天线扭转、弯曲模态的振动分开控制，便于调节展开天线各阶模态的阻尼特性，控制方式简单，振动抑制效果好；安装有锁紧释放装置，兼具发射承载和在轨阻尼减振的功能。<pb pnum="1" />

Description

一种展开天线的阻尼减振机构

技术领域

本发明涉及一种展开天线的阻尼减振机构，具体的说，涉及一种主要用于展开天线在轨减振的阻尼减振机构，所述阻尼减振机构安装在展开天线根部的支撑筒上。

背景技术

随着航天器技术的发展，展开天线，即具有展开功能的天线，如大型展开式卫星天线、大挠性桁架式天线等，正在获得越来越多的应用。展开天线的结构具有收拢体积小、展开尺寸大、重量轻以及强度高等优点。但同时，由于展开天线的重量轻、挠度大且自身阻尼弱，在轨工作时一旦受到航天器上某些振动设备的干扰，很容易激起自身振动，且振动难以衰减，从而给展开天线的定位精度和姿态控制带来严重的影响。随着我国大型展开式天线的应用，振动对展开天线带来的不利影响越来越突出。因此，为了迅速衰减展开天线的振动，需要采用阻尼减振措施，通过阻尼减振机构将振动的能量迅速转化成内能耗散掉。美国SRTM(SpaceRadarTopographyMission)在其60m展开天线末端安装了阻尼减振机构，有效衰减了展开天线的端部天线的振动(SRTMON-ORBITSTRUCTURALDYNAMICS.JefferyW.UmlandandHowardEisen.Structures，StructureDynamics，andMaterialsConferenceandExhibit，42nd，Seattle，WA，Apr.16-19.2001.)。但SRTM采用的阻尼减振机构的2套阻尼器，不能对其展开天线的各阶振动模态分别控制，在调节阻尼参数去控制某一阶模态振动时，很容易影响其他阶模态上的振动控制效果，给所述展开天线的阻尼减振机构的阻尼设计和参数优化带来很大困难。

发明内容

针对现有展开天线结构的减振需求，为克服现有技术不足，本发明的目的在于提供一种展开天线的阻尼减振机构，所述阻尼减振机构安装在展开天线根部的天线支撑筒上，主要由扭转阻尼杆和弯曲阻尼杆组成，通过布局设计，使所述扭转阻尼杆和弯曲阻尼杆可分别控制天线不同模态的振动，具有振动控制方式简单、结构组成简单、减振效果好以及安装操作方便等优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种展开天线的阻尼减振机构，所述阻尼减振机构主要由扭转阻尼杆、刚性支撑座和弯曲阻尼杆组成。

其中，天线支撑筒的前端为展开天线的展开伸出方向；扭转阻尼杆的前端通过万向节安装在天线支撑筒前端上侧，后端通过球铰与航天器侧壁结构相连接，航天器侧壁结构位于天线支撑筒一侧；刚性支撑座与扭转阻尼杆位于天线支撑筒同一横截面上的相对位置，刚性支撑座的一端与天线支撑筒前端底部固定连接，另一端通过球铰与航天器底部安装结构相连接；两根弯曲阻尼杆对称安装在天线支撑筒后端底部，一端通过万向节与天线支撑筒相连，另一端通过球铰与航天器底部安装结构相连，航天器底部安装结构位于天线支撑筒底部下方。

所述扭转阻尼杆主要由阻尼杆外筒、阻尼器安装筒、阻尼器、弹簧、锁紧释放装置安装筒、内筒和锁紧释放装置组成；所述弯曲阻尼杆和扭转阻尼杆的组成结构完全相同。

其中，阻尼器一端位于阻尼器安装筒内并与阻尼器安装筒固定连接，另一端伸出阻尼器安装筒与内筒前端内侧固定连接；弹簧套在阻尼器外，一端与阻尼器安装筒固定连接，另一端与内筒固定连接；阻尼器安装筒套在阻尼器和弹簧外，阻尼器安装筒外紧密配合固定有阻尼杆外筒；内筒外紧密配合套接有锁紧释放装置安装筒，内筒与锁紧释放装置安装筒上均设有锁紧连接通孔，内筒可在锁紧释放装置安装筒中轴向运动；锁紧释放装置位于锁紧连接通孔上方，与锁紧释放装置安装筒固定连接；阻尼杆外筒和阻尼器安装筒与锁紧释放装置安装筒固定连接，内筒一端通过万向节与天线支撑筒相连。

其中，所述阻尼器为航天器领域适用的常规直线式阻尼器，优选直线式流体阻尼器或直线式粘弹性阻尼器。

所述锁紧释放装置为可重复锁紧释放的装置；所述锁紧释放装置可通过控制锁栓在内筒和锁紧释放装置安装筒的锁紧连接通孔中伸缩来实现锁紧或释放。优选锁紧释放装置的组成结构如下：主要由锁栓、法兰、滑动轴承、平键、套筒、输出轴、电机法兰、减速器、电机、释放到位开关和锁紧到位开关组成；锁栓后端设有凸起。输出轴外由内到外依次套接有锁栓、滑动轴承和套筒；锁栓外侧沿轴线方向开有键槽，滑动轴承通过内侧凸键插入键槽以保持和锁栓之间的轴向滑动配合；滑动轴承和套筒之间设有平键，约束滑动轴承与套筒之间的周向运动；法兰位于滑动轴承和套筒的前端，法兰和套筒固定连接，将滑动轴承压紧固定在套筒内；锁栓中空内筒与输出轴通过丝杠相连接，输出轴后端与减速器的减速器输出轴相连接；套后端和减速器通过电机法兰安装在一起，减速器后端与电机连接；套筒内侧前端设有锁紧到位开关，内侧后端设有释放到位开关，锁栓运动到释放位置和锁紧位置时，后端凸起可以分别触发释放到位开关和锁紧到位开关，给出相应的状态信号。

需要增大扭转阻尼杆和/或弯曲阻尼杆的承载能力时，可以根据需要调整扭转阻尼杆和/或弯曲阻尼杆的布局。弯曲阻尼杆的一种布局方式为两根弯曲阻尼杆呈倒“八”字形对称安装在天线支撑筒后端底部；另一种优选布局方式为两根弯曲阻尼3杆呈“八”字形对称安装在天线支撑筒后端底部，当弯曲阻尼杆处于锁紧状态时，所述“八”字形可以更好的对天线支撑筒起到支撑作用，使得航天器展开天线的天线支撑结构能够更好地承受发射时的载荷。

本发明所述一种展开天线的阻尼减振机构工作过程如下：

在航天器发射时，锁紧释放装置安装筒和内筒的锁紧连接通孔处于连通位置，锁紧释放装置控制锁栓伸出穿入锁紧连接通孔中，将内筒和锁紧释放装置安装筒锁紧固定连接，此时内筒不能在锁紧释放装置安装筒内沿轴向运动，扭转阻尼杆和弯曲阻尼杆处于锁紧状态，此时所述阻尼减振机构可以对天线支撑筒提供固定连接，可以承受较大的载荷以满足发射承载的需要。在航天器入轨后，锁紧释放装置控制锁栓收缩退出所述锁紧连接通孔，内筒和锁紧释放装置安装筒之间的连接关系解除，内筒可以在锁紧释放装置安装筒内沿轴向运动。

在航天器入轨前，展开天线的天线支撑结构折叠在天线支撑筒内。在航天器入入轨后，天线支撑结构从天线支撑筒中展开伸出，将端部天线展开到指定位置。当航天器上的振动设备产生的振动传入天线支撑结构后，天线支撑结构在振动激励作用下产生振动，其振动主要包括绕展开天线轴向，即Z轴方向旋转的扭转模态的振动和绕展开天线X轴和Y轴方向的弯曲模态的振动。在扭转模态的振动频率下，天线支撑结构带动天线支撑筒以刚性支撑座与航天器底部安装结构相连接的球铰为原点，沿着绕Z轴方向旋转，带动扭转阻尼杆的往复拉伸收缩，使得扭转阻尼杆的内筒在振动作用下沿轴向在锁紧释放装置安装筒内往复运动，推动阻尼器和弹簧拉伸和收缩，阻尼器在拉伸和收缩时将会产生阻尼作用，将振动的能量转化成阻尼器的内能消耗掉，从而迅速衰减天线支撑结构的振动，保证端部天线的位置和姿态。弹簧可提供弹性支撑和阻尼器收缩拉伸的回复力。在弯曲模态的振动频率下，展开天线的天线支撑结构带动天线支撑筒以刚性支撑座与航天器底部安装结构相连接的球铰为原点，沿着绕X轴方向或Y轴方向旋转，带动两根弯曲阻尼杆往复运动，同样，引起弯曲阻尼杆内的阻尼器工作，从而衰减天线支撑结构的振动。

通过调整扭转阻尼杆和弯曲阻尼杆内阻尼器的参数，可以分别对展开天线各阶弯曲模态和扭转模态上的阻尼进行控制，达到控制展开天线各阶模态振动特性的目的。

有益效果

1.本发明提供的一种展开天线的阻尼减振机构，采用扭转阻尼杆和弯曲阻尼杆将展开天线扭转模态和弯曲模态的振动分开控制，通过改变阻尼杆内阻尼器参数方便地调节展开天线各阶模态的阻尼特性，具有控制方式简单，振动抑制效果好的特点；

2.本发明提供的一种展开天线的阻尼减振机构，扭转阻尼杆和弯曲阻尼杆内安装有锁紧释放装置，在发射时锁紧，扭转阻尼杆和弯曲阻尼杆可承受较大载荷，在轨后释放，扭转阻尼杆和弯曲阻尼杆内的阻尼器开始工作，所述阻尼减振机构兼具发射承载和在轨阻尼减振的功能；

3.本发明提供的一种展开天线的阻尼减振机构，可以通过扭转阻尼杆和/或弯曲阻尼杆的安装布局位置改变，调整对展开天线结构的振动控制效果，以及增强发射时阻尼减振机构的承载能力。

附图说明

图1为本发明一种展开天线的阻尼减振机构使用时的立体结构示意图。

图2为本发明一种展开天线的阻尼减振机构中一根扭转阻尼杆的结构示意图。

图3为本发明一种展开天线的阻尼减振机构在展开天线展开时的立体结构示意图。

图4为本发明一种展开天线的阻尼减振机构的弯曲阻尼杆的一种布局形式。

其中：1-扭转阻尼杆，2-刚性支撑座，3-弯曲阻尼杆，4-阻尼杆外筒，5-阻尼器安装筒，6-阻尼器，7-弹簧，8-锁紧释放装置安装筒，9-内筒，10-锁紧释放装置，11-天线支撑结构，12-端部天线。

具体实施方式

为了充分说明本发明的特性以及实施本发明的方式，下面给出实施例。

如图1所示，一种展开天线的阻尼减振机构，所述阻尼减振机构安装在航天器展开天线根部的天线支撑筒上；所述阻尼减振机构主要由扭转阻尼杆1、刚性支撑座2和弯曲阻尼杆3组成，所述航天器为卫星。

其中，天线支撑筒的前端为展开天线的展开伸出方向。扭转阻尼杆1的前端通过万向节安装在天线支撑筒前端上侧，可实现两个自由度的转动；扭转阻尼杆1的后端通过球铰与卫星侧壁结构相连接，可实现三个自由度的转动；卫星侧壁结构位于天线支撑筒一侧。刚性支撑座2与扭转阻尼杆1位于天线支撑筒同一横截面上的相对位置，三叉结构的刚性支撑座2的三叉端与天线支撑筒前端底部固定连接；另一端通过球铰与卫星底部安装结构相连接，可实现三个自由度的转动。两根弯曲阻尼杆3呈倒“八”字形对称安装在天线支撑筒后端底部，安装方式与扭转阻尼杆1相同，每根弯曲阻尼杆3向外的一端通过万向节与天线支撑筒相连，可实现两个自由度的转动；弯曲阻尼杆3向内的一端通过球铰与卫星底部安装结构相连，可实现三个自由度的转动；卫星底部安装结构位于天线支撑筒底部下方。

所述扭转阻尼杆1和弯曲阻尼杆3的组成结构完全相同。以单根扭转阻尼杆1为例，如图2所示，所述扭转阻尼杆1主要由阻尼杆外筒4、阻尼器安装筒5、阻尼器6、弹簧7、锁紧释放装置安装筒8、内筒9和锁紧释放装置10组成。

其中，阻尼器6一端位于阻尼器安装筒5内并与阻尼器安装筒5前端固定连接，阻尼器6另一端伸出阻尼器安装筒5后端，与内筒9前端内侧固定连接，弹簧7套在阻尼器6外，一端与阻尼器安装筒5前半部分固定连接，另一端与内筒9前端外侧固定连接。阻尼器安装筒5套在阻尼器6和弹簧7外，阻尼器安装筒5外紧密配合固定套接有阻尼杆外筒4；内筒9外紧密配合套接有锁紧释放装置安装筒8，内筒9与锁紧释放装置安装筒8之间可相对轴向运动，内筒9和锁紧释放装置安装筒8上分别设有锁紧连接通孔。锁紧释放装置10位于锁紧连接通孔上方，通过法兰与锁紧释放装置安装筒8固定连接，，阻尼杆外筒4和阻尼器安装筒5后端与锁紧释放装置安装筒8前端固定连接，内筒9后端外侧通过万向节与天线支撑筒相连，可实现两个自由度的转动。

其中，所述阻尼器6为航天器领域适用的常规直线式阻尼器，优选直线式流体阻尼器或直线式粘弹性阻尼器。

所述锁紧释放装置10为可重复锁紧释放的装置，主要由锁栓、法兰、滑动轴承、平键、套筒、输出轴、电机法兰、减速器、电机、释放到位开关和锁紧到位开关组成；锁栓后端设有凸起。输出轴外由内到外依次套接有锁栓、滑动轴承和套筒；锁栓外侧沿轴线方向开有键槽，滑动轴承通过内侧凸键插入键槽以保持和锁栓之间的轴向滑动配合；滑动轴承和套筒之间设有平键，约束滑动轴承与套筒之间的周向运动；法兰位于滑动轴承和套筒的前端，法兰和套筒固定连接，将滑动轴承压紧固定在套筒内；锁栓中空内筒与输出轴通过丝杠相连接，输出轴后端与减速器的减速器输出轴相连接；套后端和减速器通过电机法兰安装在一起，减速器后端与电机连接；套筒内侧前端设有锁紧到位开关，内侧后端设有释放到位开关，锁栓运动到释放位置和锁紧位置时，后端凸起可以分别触发释放到位开关和锁紧到位开关，给出相应的状态信号。

所述阻尼减振机构的具体工作过程如下：

在卫星发射时，锁紧释放装置安装筒8和内筒9的锁紧连接通孔处于连通位置，锁紧释放装置10获得指令，通过电机控制锁栓伸出，穿入锁紧释放装置安装筒8和内筒9的锁紧连接通孔中，从而将内筒9和锁紧释放装置安装筒8锁紧固定连接，此时内筒9不能在锁紧释放装置安装筒8内沿轴向运动，扭转阻尼杆1和弯曲阻尼杆3处于锁紧状态，此时所述阻尼减振机构可以对天线支撑筒提供固定连接，可以承受较大的载荷以满足发射承载的需要。在卫星入轨后，锁紧释放装置10获得指令，通过电机控制锁栓收缩退出所述锁紧连接通孔，即如图2所示的状态，此时内筒9和锁紧释放装置安装筒8之间的连接关系解除，内筒9可以在锁紧释放装置安装筒8内沿轴向运动。

图3是卫星入轨后，展开天线展开时所述阻尼减振机构的工作状态。卫星入轨前，展开天线的天线支撑结构11折叠在天线支撑筒内，卫星入轨后，天线支撑结构11从天线支撑筒中展开伸出天线支撑筒前端，将端部天线12展开到指定位置。当卫星上的振动设备产生的振动传入天线支撑结构11后，天线支撑结构11将在振动激励作用下产生振动，其振动主要包括绕展开天线轴向，即图3中Z方向旋转的扭转模态的振动和绕图3中X轴和Y轴方向的弯曲模态的振动。在扭转模态的振动频率下，天线支撑结构11带动天线支撑筒以刚性支撑座2与卫星底部安装结构相连接的球铰为原点，沿着绕Z轴方向旋转，带动扭转阻尼杆1的往复拉伸和收缩，使得扭转阻尼杆1的内筒9在振动作用下沿轴向在锁紧释放装置安装筒8内往复运动，推动阻尼器6和弹簧7拉伸和收缩，阻尼器6在拉伸和收缩时将会产生阻尼作用，将振动的能量转化成阻尼器6的内能消耗掉，从而迅速衰减天线支撑结构11的振动，保证端部天线12的位置和姿态。弹簧7可提供弹性支撑和阻尼器6收缩拉伸的回复力。在弯曲模态的振动频率下，天线支撑结构11带动天线支撑筒以刚性支撑座2与卫星底部安装结构相连接的球铰为原点，沿着绕X轴方向或Y轴方向旋转，带动两根弯曲阻尼杆3往复运动，同样，引起弯曲阻尼杆3内的阻尼器6工作，从而衰减天线支撑结构11的振动。

所述阻尼减振机构将天线支撑结构11的弯曲振动和扭转振动分开控制，通过调节扭转阻尼杆1内的阻尼器6和弹簧7系数，对天线支撑结构11的扭转模态振动特性进行调整，而不会影响弯曲模态的振动特性，同样，可以通过调节弯曲阻尼杆3内的阻尼器6和弹簧7系数，对天线支撑结构11的弯曲模态振动特性进行调整，而不会影响扭转模态的振动特性。这种控制方式有利于在展开天线结构各阶模态上获得一个均衡的振动控制结果，而不会出现某些模态频率上阻尼过小振动衰减慢、另一些模态频率上阻尼过大结构受力过大的情况。

需要增大扭转阻尼杆1和/或弯曲阻尼杆3的承载能力时，可以根据需要调整扭转阻尼杆1和/或弯曲阻尼杆3的布局。图4是弯曲阻尼杆3的一种优选布局方式，两根弯曲阻尼杆3呈“八”字形对称安装在天线支撑筒后端底部，当弯曲阻尼杆3处于锁紧状态时，所述“八”字形可以更好的对天线支撑筒起到支撑作用，使得卫星的展开天线的天线支撑结构11能够更好地承受发射时的载荷。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种展开天线的阻尼减振机构，其特征在于：所述阻尼减振机构安装在展开天线根部的天线支撑筒上，所述阻尼减振机构主要由扭转阻尼杆(1)、刚性支撑座(2)和弯曲阻尼杆(3)组成；

所述天线支撑筒前端为展开天线的展开伸出方向；扭转阻尼杆(1)前端通过万向节安装在天线支撑筒前端上侧，后端通过球铰与航天器侧壁结构相连接；刚性支撑座(2)与扭转阻尼杆(1)位于天线支撑筒同一横截面上的相对位置，刚性支撑座(2)一端与天线支撑筒前端底部固定连接，另一端通过球铰与航天器底部安装结构相连接；两根弯曲阻尼杆(3)对称安装在天线支撑筒后端底部，一端通过万向节与天线支撑筒相连，另一端通过球铰与航天器底部安装结构相连；

所述扭转阻尼杆(1)主要由阻尼杆外筒(4)、阻尼器安装筒(5)、阻尼器(6)、弹簧(7)、锁紧释放装置安装筒(8)、内筒(9)和锁紧释放装置(10)组成；所述弯曲阻尼杆(3)和扭转阻尼杆(1)的组成结构完全相同；

其中，阻尼器(6)一端固定连接在阻尼器安装筒(5)内，另一端伸出阻尼器安装筒(5)与内筒(9)前端内侧固定连接；弹簧(7)套在阻尼器(6)外，一端与阻尼器安装筒(5)固定连接，另一端与内筒(9)固定连接；阻尼器安装筒(5)套在阻尼器(6)和弹簧(7)外，阻尼器安装筒(5)外紧密配合行阻尼杆外筒(4)；内筒(9)外紧密配合套接有锁紧释放装置安装筒(8)，内筒(9)与锁紧释放装置安装筒(8)上均设有锁紧连接通孔，内筒(9)可在锁紧释放装置安装筒(8)中轴向运动；锁紧释放装置(10)位于锁紧连接通孔上方，与锁紧释放装置安装筒(8)固定连接；阻尼杆外筒(4)和阻尼器安装筒(5)与锁紧释放装置安装筒(8)固定连接，内筒(9)一端通过万向节与天线支撑筒相连；

其中，所述锁紧释放装置(10)可通过控制锁栓在内筒(9)和锁紧释放装置安装筒(8)的锁紧连接通孔中伸缩来实现锁紧或释放。

2.根据权利要求1所述的一种展开天线的阻尼减振机构，其特征在于：所述阻尼器(6)为直线式流体阻尼器或直线式粘弹性阻尼器。

3.根据权利要求1或2所述的一种展开天线的阻尼减振机构，其特征在于：两根弯曲阻尼杆(3)呈“八”字形或倒“八”字形对称安装在天线支撑筒后端底部。