CN106005484A - 一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置，属于遥感卫星减隔振技术领域，它包括：控制力矩陀螺支架、隔振杆平台安装座、隔振杆组和卫星结构安装座；两个以上控制力矩陀螺均安装在控制力矩陀螺支架上；每个控制力矩陀螺对应一个隔振杆组，每个隔振杆组由两个以上隔振杆并联后形成；隔振杆组中隔振杆的一端分别通过隔振杆平台安装座与控制力矩陀螺支架未安装控制力矩陀螺的端面相连接，另一端通过同一个卫星结构安装座与卫星结构相连接；两个以上所述隔振杆组的一端均布在控制力矩陀螺支架上，另一端均布在卫星结构上；本发明通过隔振杆将控制力矩陀螺群工作时产生的微振动隔离和衰减。

Description

一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置
技术领域
本发明属于遥感卫星减隔振技术领域，具体涉及一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置。
背景技术
随着遥感卫星技术的发展，对地光学成像相机、对地测绘相机、测绘雷达等载荷的成像精度越来越高，对微小振动干扰更加敏感。而卫星在轨运行时各种活动部件工作时不可避免的产生振动干扰，控制力矩陀螺(CMG)作为卫星常用的姿态控制部件，在高速转动中不可避免的产生振动干扰，是主要振动源之一。通常遥感卫星采用多个控制力矩陀螺(控制力矩陀螺群)对卫星姿态进行控制，控制力矩陀螺的转子在高速转动时，会产生微小的振动，称为卫星在轨微振动，微振动经过卫星结构传到相机后，会造成图像质量下降。因此，需要采取微振动抑制措施，降低控制力矩陀螺微振动对有效载荷的干扰。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置，通过多个隔振杆组合成隔振平台，将多个控制力矩陀螺统一安置在隔振平台上，通过隔振杆将控制力矩陀螺群工作时产生的微振动隔离和衰减。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置，包括：控制力矩陀螺支架、隔振杆平台安装座、隔振杆组和卫星结构安装座；
其外围设备包括：控制力矩陀螺和卫星结构；两个以上所述控制力矩陀螺通过所述减隔振装置安装在卫星结构上；
两个以上控制力矩陀螺均安装在控制力矩陀螺支架上；每个控制力矩陀螺对应一个隔振杆组，每个隔振杆组由两个以上隔振杆并联后形成；隔振杆组中隔振杆的一端分别通过隔振杆平台安装座与控制力矩陀螺支架未安装控制力矩陀螺的端面相连接，另一端通过同一个卫星结构安装座与卫星结构相连接；两个以上所述隔振杆组的一端均布在控制力矩陀螺支架上，另一端均布在卫星结构上。
进一步的，所述隔振杆包括：柔性接头、内连接杆、力调节器、外连接杆及隔振器；内连接杆的一端和外连接杆的一端通过力调节器连接，内连接杆的另一端与柔性接头连接，外连接杆的另一端通过隔振器与另一个柔性接头连接；两个柔性接头分别和隔振杆平台安装座及卫星结构安装座连接。
进一步的，所述柔性接头沿隔振杆轴向的刚度大于其它方向上的刚度；在柔性接头的连接作用下，每根隔振杆在安装后处于二力杆状态，仅传递轴向载荷。
进一步的，所述隔振器包括阻尼器和套装在阻尼器上的弹簧，隔振杆的轴向振动使隔振器的弹簧和阻尼器进行往复振动。
进一步的，所述力调节器通过旋转施加轴向载荷预紧力，通过测量力调节器的拧紧力矩，使每根隔振杆具有相同的轴向载荷预紧力。
进一步的，所述卫星结构安装座包括：隔振杆连接座、卫星结构连接座、定位销及连接螺钉；
所述隔振杆连接座和卫星结构连接座上均加工有用于定位的定位销孔；
所述卫星结构连接座安装在卫星结构上；隔振杆连接座与隔振杆的与隔振器连接的柔性接头连接；隔振杆连接座和卫星结构连接座通过各自的定位销孔与定位销配合定位后，通过连接螺钉连接。
进一步的，每个隔振杆组包括两个隔振杆，两个隔振杆呈V型安装在控制力矩陀螺支架与卫星结构安装座之间，两个隔振杆组成的V型结构的尖端连接在同一个卫星结构安装座上。
有益效果：(1)本发明通过多个隔振杆及控制力矩陀螺支架组合成隔振平台，将多个控制力矩陀螺统一安置在隔振平台上，通过隔振杆将控制力矩陀螺群工作时产生的微振动隔离和衰减；具有承载能力大，结构组成简单，隔振效率高，可靠性好，便于安装和拆卸等优点。
(2)本发明采用多根隔振杆并联组合，桁架布局的形式，每根隔振杆状态相同，互换性良好，具有结构组成简单的优点。
(3)本发明的每根隔振杆仅在轴向承受载荷，隔振器设计时只需要对轴向刚度和阻尼进行设计和匹配，大大简化了隔振器的刚度和阻尼设计，同时通过多根隔振杆组合承力，具有整体承载能力高的优点。
(4)本发明的隔振杆内采用力调节器，能够保证安装后每根隔振杆受力一致，有利于控制安装载荷和隔振杆承载。
(5)本发明将多个控制力矩陀螺一起放置在控制力矩陀螺支架上，利用减隔振装置对多个控制力矩陀螺整体隔振，具有隔振效率高、六自由度全向隔振的优点，避免了控制力矩陀螺单个隔振时控制力矩陀螺之间的相互影响。
(6)本发明通过调整隔振杆布局角度和调整隔振杆内的隔振器刚度、阻尼参数来改变隔振系统的特性，来适应不同型号的控制力矩陀螺要求。
(7)本发明通过采用分离式安装接头，可以实现整个控制力矩陀螺模块在卫星上的整体拆装，同时保证每次拆装前后的安装位置和精度，便于控制力矩陀螺的地面安装、测试与检修。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的隔振杆结构组成图；
图3为本发明的卫星结构安装座的连接形式示意图；
图4为本发明的减隔振原理示意图；
图5为本发明的减隔振效果示意图；
图6为本发明在卫星结构上的安装形式；
其中，1-控制力矩陀螺支架，2-隔振杆平台安装座，3-隔振杆，4-卫星结构安装座，5-控制力矩陀螺，6-卫星结构，301-柔性接头，302-内连接杆，303-力调节器，304-外连接杆，305-隔振器，401-隔振杆连接座，402-卫星结构连接座，403-定位销，404-连接螺钉。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置，参见附图1和附图6，包括：控制力矩陀螺支架1、隔振杆平台安装座2、隔振杆3和卫星结构安装座4；
其外围设备包括：控制力矩陀螺5和卫星结构6；所述卫星结构6为方箱结构或圆筒状结构；所述控制力矩陀螺5为卫星的姿态控制装置，在卫星结构6中的安装位置精度具有很高的要求且在卫星总装和地面试验过程中，需多次从卫星中拆卸检查再安装回卫星；四个或六个所述控制力矩陀螺5通过所述减隔振装置安装在卫星结构6上，其中，四个或六个控制力矩陀螺5均安装在控制力矩陀螺支架1上；
隔振杆3的一端通过隔振杆平台安装座2与控制力矩陀螺支架1未安装控制力矩陀螺5的端面相连接，另一端通过卫星结构安装座4与卫星结构6相连接；其中，每两个隔振杆3为一组呈V型安装在控制力矩陀螺支架1与卫星结构安装座4之间，每个控制力矩陀螺5对应一组呈V型的隔振杆；两个隔振杆3组成的V型结构的尖端连接在同一个卫星结构安装座4上；四组或六组呈V型的隔振杆的一端均布在控制力矩陀螺支架1的侧边上，另一端均布在卫星结构6上；隔振杆3的数量和布局可以根据承载要求和卫星结构6的结构要求进行调整，多个隔振杆3之间为并联连接关系，相互组合形成桁架结构，从而将控制力矩陀螺支架1固定约束；控制力矩陀螺5、控制力矩陀螺支架1和隔振杆3组成的整体为控制力矩陀螺模块；
其中，参见附图2，所述隔振杆3包括：柔性接头301、内连接杆302、力调节器303、外连接杆304及隔振器305；内连接杆302的一端和外连接杆304的一端通过力调节器303连接，内连接杆302的另一端与柔性接头301连接，外连接杆304的另一端通过隔振器305与另一个柔性接头301连接；两个柔性接头301分别和隔振杆平台安装座2及卫星结构安装座4连接；
其中，所述柔性接头301沿隔振杆轴向具有很大的刚度，而其它方向上刚度较小，能够有效传递轴向载荷，并释放其他方向的载荷；因此，在柔性接头301的连接作用下，每根隔振杆3在安装后处于二力杆状态，仅传递轴向载荷；
所述隔振器305选用一种对微小振动高度敏感、阻尼输出高、自身变形小、可靠性好的隔振器，能够提供系统隔振所需的轴向刚度K和阻尼C，实现对控制力矩陀螺的减隔振；所述隔振器305包括阻尼器和套装在阻尼器上的弹簧，隔振杆3的轴向振动使隔振器305的弹簧和阻尼器往复振动，通过弹簧的刚度调节作用，能够调节控制力矩陀螺模块的固有频率，将系统固有频率和控制力矩陀螺5的部分激振频率错开，避免这些激振频率上出现共振放大；其余无法错开的共振频率，通过阻尼器的阻尼抑制作用，将共振频率处的振动峰值衰减压制，达到隔离和衰减控制力矩陀螺5微振动的目的；
所述力调节器303能够通过旋转施加轴向载荷预紧力，通过拧紧并测量力调节器303的拧紧力矩，可以使每根隔振杆3具有相同的轴向载荷预紧力，以保证每根隔振杆3在安装后受力均匀；
参见附图3，所述卫星结构安装座4包括：隔振杆连接座401、卫星结构连接座402、定位销403及连接螺钉404；所述隔振杆连接座401和卫星结构连接座402上均加工有用于定位的定位销孔；所述卫星结构连接座402安装在卫星结构6上；隔振杆连接座401与隔振杆3的与隔振器305连接的柔性接头301连接；隔振杆连接座401和卫星结构连接座402通过各自的定位销孔与定位销403配合定位后，通过连接螺钉404连接；
将多个控制力矩陀螺5安装在卫星结构6内时，将星结构连接座402安装在卫星结构6上，将隔振杆连接座401安装在控制力矩陀螺模块的隔振杆3上；将带有隔振杆连接座401的控制力矩陀螺模块装入卫星结构6，通过定位销403确定隔振杆连接座401和卫星结构连接座402的相对位置后，通过连接螺钉404将隔振杆连接座401和卫星结构连接座402固定，实现控制力矩陀螺模块在卫星内的安装固定，由于定位销404的作用，保证了控制力矩陀螺模块每次安装后位置都与第一次安装所确定的位置一致，从而保证了控制力矩陀螺5在卫星主结构内的安装位置精度；当将控制力矩陀螺5从卫星结构6内拆卸时，通过拆卸连接螺钉404，分离隔振杆连接座401和卫星结构连接座402，将带有隔振杆连接座401的控制力矩陀螺模块从卫星结构中整体拆出；
工作原理：参见附图4，多个控制力矩陀螺5安装在控制力矩陀螺支架1上，控制力矩陀螺5工作时产生各个方向的振动，即产生振动载荷F，F经过控制力矩陀螺支架1及桁架结构的构型被分解到不同的隔振杆3上，引起隔振杆3的轴向往复振动，隔振杆3内的隔振器305输出刚度K和阻尼C，通过K和C，改变了控制力矩陀螺模块的振动特性；参见附图5，为采用本发明的减隔振装置和未采用减隔振装置时，控制力矩陀螺5传递到卫星结构上的振动力的传递率在频率上的分布对比示意图，采用本发明的减隔振装置的系统传递率为隔振连接传递率T2，未采用减隔振装置的系统传递率为刚性连接传递率T1，可见在刚度K作用下，系统的共振峰值频率发生了移动，在振源激振频率处，隔振连接传递率T2低于刚性连接传递率T1；在阻尼器阻尼C的作用下，共振频率的峰值得到了很大的衰减，起到了减隔振的作用；
需要调整减隔振装置的隔振频率时，一种方法是通过调整隔振杆3的安装的角度调整控制力矩陀螺模块在垂直方向和水平方向的频率分布，即隔振杆3与水平方向夹角变小时，控制力矩陀螺模块在垂直方向的固有频率减小，在水平方向的固有频率增大；另一种方法是调整隔振器305的轴向刚度，当隔振器305轴向刚度K增加时，控制力矩陀螺模块各个方向的固有频率都增大。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置，其特征在于，包括：控制力矩陀螺支架(1)、隔振杆平台安装座(2)、隔振杆组和卫星结构安装座(4)；
其外围设备包括：控制力矩陀螺(5)和卫星结构(6)；两个以上所述控制力矩陀螺(5)通过所述减隔振装置安装在卫星结构(6)上；
两个以上控制力矩陀螺(5)均安装在控制力矩陀螺支架(1)上；每个控制力矩陀螺(5)对应一个隔振杆组，每个隔振杆组由两个以上隔振杆(3)并联后形成；隔振杆组中隔振杆(3)的一端分别通过隔振杆平台安装座(2)与控制力矩陀螺支架(1)未安装控制力矩陀螺(5)的端面相连接，另一端通过同一个卫星结构安装座(4)与卫星结构(6)相连接；两个以上所述隔振杆组的一端均布在控制力矩陀螺支架(1)上，另一端均布在卫星结构(6)上。
2.如权利要求1所述的一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置，其特征在于，所述隔振杆(3)包括：柔性接头(301)、内连接杆(302)、力调节器(303)、外连接杆(304)及隔振器(305)；内连接杆(302)的一端和外连接杆(304)的一端通过力调节器(303)连接，内连接杆(302)的另一端与柔性接头(301)连接，外连接杆(304)的另一端通过隔振器(305)与另一个柔性接头(301)连接；两个柔性接头(301)分别和隔振杆平台安装座(2)及卫星结构安装座(4)连接。
3.如权利要求2所述的一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置，其特征在于，所述柔性接头(301)沿隔振杆轴向的刚度大于其它方向上的刚度；在柔性接头(301)的连接作用下，每根隔振杆(3)在安装后处于二力杆状态，仅传递轴向载荷。
4.如权利要求2所述的一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置，其特征在于，所述隔振器(305)包括阻尼器和套装在阻尼器上的弹簧，隔振杆(3)的轴向振动使隔振器(305)的弹簧和阻尼器进行往复振动。
5.如权利要求2所述的一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置，其特征在于，所述力调节器(303)通过旋转施加轴向载荷预紧力，通过测量力调节器(303)的拧紧力矩，使每根隔振杆(3)具有相同的轴向载荷预紧力。
6.如权利要求1或2所述的一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置，其特征在于，所述卫星结构安装座(4)包括：隔振杆连接座(401)、卫星结构连接座(402)、定位销(403)及连接螺钉(404)；
所述隔振杆连接座(401)和卫星结构连接座(402)上均加工有用于定位的定位销孔；
所述卫星结构连接座(402)安装在卫星结构(6)上；隔振杆连接座(401)与隔振杆(3)的与隔振器(305)连接的柔性接头(301)连接；隔振杆连接座(401)和卫星结构连接座(402)通过各自的定位销孔与定位销(403)配合定位后，通过连接螺钉(404)连接。
7.如权利要求1或2所述的一种并联桁架式控制力矩陀螺群减隔振装置，其特征在于，每个隔振杆组包括两个隔振杆(3)，两个隔振杆(3)呈V型安装在控制力矩陀螺支架(1)与卫星结构安装座(4)之间，两个隔振杆(3)组成的V型结构的尖端连接在同一个卫星结构安装座(4)上。
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