CN106184827B - 主被动一体式整星隔振装置 - Google Patents

主被动一体式整星隔振装置 Download PDF

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Abstract

主被动一体式整星隔振装置，属于航天技术领域。方案一：多个作动器支撑弹簧片均与卫星下端面可拆卸连接，多个作动器支撑弹簧片均与适配器上端面可拆卸连接，多个作动器均垂直于适配器的底面设置在适配器内部，每个作动器的上端与对应的一个作动器支撑弹簧片的伸出端可拆卸连接，每个作动器的下端与对应的一个作动器支撑支架相连接，多个作动器支撑支架均设置在适配器内部并与适配器可拆卸连接。方案二与方案一不同的是，增加了多个卫星支撑弹簧片，多个卫星支撑弹簧片与多个作动器支撑弹簧片均布置在同一圆周上，且依次交替设置，多个卫星支撑弹簧片均与卫星的下端面可拆卸连接。本发明能够满足在不改变星箭接口的条件下进行隔振设计的要求。

Description

主被动一体式整星隔振装置
技术领域
本发明涉及一种整星隔振装置，具体涉及到在航天器的发射阶段对运载火箭与航天器之间的振动传递加以隔离的整星隔振装置，属于航天技术领域。
背景技术
航天器在发射过程中要承受各种不同形式的准静态载荷及时变动载荷的作用。这些载荷主要包括直接作用在航天器表面的整流罩内的噪声和通过星箭连接适配器传递到航天器上的噪声、随机振动以及爆炸冲击等载荷。通过星箭连接适配器传递到航天器表面的振动主要有源于噪声的随机激励，来自于火箭发动机不稳定燃烧而导致的推力脉动、运载火箭上转动部件的不平衡转动、液固耦合引起的自激振动等低频振动的正弦激励，以及运载火箭动力飞行过程中的阵风、某些离散事件如发动机点火关机、主推力器燃料箱的抛离和级间分离等因素引起的瞬态激励。通过运载火箭与卫星连接的适配器，环境激励直接从星箭界面传递到卫星，逐级作用于各个次级系统和组件的结构上，影响设备的性能和可靠性。
因此航天器在发射阶段处在一个残酷的动力学环境中，在发射阶段比在轨道运行时更容易发生事故，因此对航天器采取隔振处理是十分有必要。
传统方式下只对航天器内部相关部件采取隔振措施，造成设计困难，成本高。而采用现有的整星隔振装置进行隔振，存在需要改变星箭的接口，附加质量太大，可靠性低的问题。
发明内容
本发明的目的是提出主被动一体式整星隔振装置，以解决航天器在发射过程中振动大的问题，并克服传统方式下只对航天器内部相关部件采取隔振措施造成的设计困难，成本高等缺点，以及克服现有的整星隔振装置存在需要改变星箭的接口，附加质量太大，可靠性低等不足。
实现上述目的，本发明采取的技术方案有两个，分别如下：
方案一：主被动一体式整星隔振装置，包括多个作动器支撑弹簧片、多个作动器及多个作动器支撑支架；所述的多个作动器支撑弹簧片的上端面均与卫星的下端面可拆卸连接，多个作动器支撑弹簧片的下端面均与适配器的上端面可拆卸连接，所述的多个作动器均垂直于适配器的底面设置在适配器内部，每个作动器的上端与对应的一个作动器支撑弹簧片的伸出端可拆卸连接，每个作动器的下端与对应的一个作动器支撑支架相连接，所述的多个作动器支撑支架均设置在适配器内部并与适配器可拆卸连接。
方案二：主被动一体式整星隔振装置，包括多个作动器支撑弹簧片、多个卫星支撑弹簧片、多个作动器及多个作动器支撑支架；
所述的多个作动器支撑弹簧片与多个卫星支撑弹簧片均布置在同一圆周上，且依次交替设置，所述的多个作动器支撑弹簧片及多个卫星支撑弹簧片的上端面均与卫星的下端面可拆卸连接，多个作动器支撑弹簧片及多个卫星支撑弹簧片的下端面均与适配器的上端面可拆卸连接，所述的多个作动器均垂直于适配器的底面设置在适配器内部，每个作动器支撑弹簧片的伸出端与对应的一个作动器的上端可拆卸连接，每个作动器的下端与对应的一个作动器支撑支架相连接，所述的多个作动器支撑支架均设置在适配器内部并与适配器可拆卸连接。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1、能够抑制卫星在发射过程中由于外界激励所产生的响应幅值，尤其是航天器结构在共振峰处的响应幅值，达到良好的隔振效果，极大的改善航天器发射的动力学环境，提高航天器发射的成功率。
2、本发明相比其他的整星隔振装置，其具有占用空间小和质量轻等特点，因而占用火箭的有效空间和有效荷载小。最主要的是还能够满足在不改变星箭接口的条件下进行隔振设计的要求，因而能够大大的降低设计和加工制造的成本。
3、本发明可以使得整星隔振装置在受到外界振动冲击时卫星的响应得到有效的控制，降低卫星在共振频率处的振动峰值，实现对卫星的隔振效果。
综上所述，本发明采用这种全新的结构方式取代传统的火箭与卫星之间的适配器连接方式，不仅具有占用空间小和质量轻的特点，相比其他的整星隔振方式，本发明的整星隔振装置还能够满足在不改变星箭接口的条件下进行隔振设计的要求，本发明主要用于卫星发射过程中的振动隔离。
附图说明
图1是本发明的新型整星隔振装置与卫星和适配器装配的主视模型图；
图2是发明的新型整星隔振装置的方案一与适配器装配的轴测模型图；
图3是图2的主视图；
图4是图3的俯视图；
图5是本发明的新型整星隔振装置与适配器装配的主剖视图；
图6是作动器的数量为八个时的排布的俯视图；
图7是作动器支撑弹簧片的主视图；
图8是图7的左视图；
图9是图7的俯视图；
图10是图9的A-A剖视图；
图11是图9的B-B剖视图；
图12是卫星支撑弹簧片的主视图；
图13是图12的左视图；
图14是图12的俯视图；
图15是图14的C-C剖视图；
图16是图14的D-D剖视图；
图17是作动器支撑支架的主视图；
图18是图17的俯视图；
图19是图17的左视图；
图20是本发明的新型整星隔振装置的方案二与适配器装配的俯视图；
图21是多个作动器支撑弹簧片与多个卫星支撑弹簧片排布的主视图；
图22是图21的俯视图；
图23是作动器的数量为六个时的排布的俯视图；
图24是作动器的数量为十个时的排布的俯视图；
图25是图1的E处局部放大图；
图26是图2的F处局部放大图；
图27是图3的G处局部放大图；
图28是图4的H处局部放大图；
图29是图5的I处局部放大图；
图30是图21的J处局部放大图。
其中，作动器支撑弹簧片1、连接长孔二9、作动器2、作动器支撑支架3、适配器4、卫星支撑弹簧片5、卫星6、伸出端7、连接长孔一8。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～图5、图7～图11、图17～图19、图25～图29所示，本实施方式的主被动一体式整星隔振装置，包括多个作动器支撑弹簧片1、多个作动器2及多个作动器支撑支架3；
所述的多个作动器支撑弹簧片1的上端面均与卫星6的下端面可拆卸连接，多个作动器支撑弹簧片1的下端面均与适配器4的上端面可拆卸连接，所述的多个作动器2均垂直于适配器4的底面设置在适配器4内部，每个作动器2的上端与对应的一个作动器支撑弹簧片1的伸出端可拆卸连接，每个作动器2的下端与对应的一个作动器支撑支架3相连接，所述的多个作动器支撑支架3均设置在适配器4内部并与适配器4可拆卸连接。适配器4为锥形适配器，为现有技术。
作动器支撑弹簧片1的厚度根据工程需要可以改变。
具体实施方式二：如图16所示，具体实施方式一所述的主被动一体式整星隔振装置，所述的作动器2的数量为八个，八个作动器2位于同一圆周上且均布设置。以此获得不同的安装方式。
具体实施方式三：如图23所示，具体实施方式一所述的主被动一体式整星隔振装置，所述的作动器2的数量为六个，六个作动器2位于同一圆周上且均布设置。以此获得不同的安装方式。
具体实施方式四：如图24所示，具体实施方式一所述的主被动一体式整星隔振装置，所述的作动器2的数量为十个，十个作动器2位于同一圆周上且均布设置。以此获得不同的安装方式。
具体实施方式五：如图1、图2及图7～图11所示，具体实施方式一、二、三或四所述的主被动一体式整星隔振装置，所述的多个作动器支撑弹簧片1的外形均为U形，且多个U形形状的作动器支撑弹簧片1均卧式设置，每个U形形状的作动器支撑弹簧片1的上侧壁端部均具有向该U形形状的作动器支撑弹簧片1的上侧壁长度方向延伸的伸出端7，每个U形形状的作动器支撑弹簧片1的上下两侧壁上各设置有两个连接长孔一8，每个U形形状的作动器支撑弹簧片1的伸出端7上均设置有一个连接长孔二9，且每个U形形状的作动器支撑弹簧片1上的一个连接长孔二9及四个连接长孔一8均平行于该U形形状的作动器支撑弹簧片1两侧壁长度方向设置；设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片1上侧壁上的两个连接长孔一8分别通过螺栓与所述的卫星6的下端面可拆卸连接，设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片1下侧壁上的两个连接长孔一8分别通过螺栓与适配器4的上端面可拆卸连接；设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片1伸出端7上的连接长孔二9通过螺栓与相对应的作动器2可拆卸连接。
具体实施方式六：如图1、图20～图22、图30所示，主被动一体式整星隔振装置，包括多个作动器支撑弹簧片1、多个卫星支撑弹簧片5、多个作动器2及多个作动器支撑支架3；
所述的多个作动器支撑弹簧片1与多个卫星支撑弹簧片5均布置在同一圆周上，且依次交替设置，所述的多个作动器支撑弹簧片1及多个卫星支撑弹簧片5的上端面均与卫星6的下端面可拆卸连接，多个作动器支撑弹簧片1及多个卫星支撑弹簧片5的下端面均与适配器4的上端面可拆卸连接，所述的多个作动器2均垂直于适配器4的底面设置在适配器4内部，每个作动器支撑弹簧片1的伸出端7与对应的一个作动器2的上端可拆卸连接，每个作动器2的下端与对应的一个作动器支撑支架3相连接，所述的多个作动器支撑支架3均设置在适配器4内部并与适配器4可拆卸连接。作动器支撑弹簧片1以及卫星支撑弹簧片5的厚度根据工程需要可以改变。适配器4为锥形适配器，为现有技术。作动器支撑弹簧片1和卫星支撑弹簧片5的厚度根据工程需要可以改变。
具体实施方式七：如图21及图22所示，具体实施方式六所述的主被动一体式整星隔振装置，所述的作动器2的数量为八个，八个作动器2位于同一圆周上且均布设置。八个作动器2呈正八边形布置。
具体实施方式八：具体实施方式六所述的主被动一体式整星隔振装置，所述的作动器2的数量为六个，六个作动器2位于同一圆周上且均布设置。以此获得不同的安装方式。
具体实施方式九：具体实施方式六所述的主被动一体式整星隔振装置，所述的作动器2的数量为十个，十个作动器2位于同一圆周上且均布设置。以此获得不同的安装方式。
具体实施方式十：如图1及图7～图16所示，具体实施方式六、七、八或九所述的主被动一体式整星隔振装置，所述的多个作动器支撑弹簧片1及多个卫星支撑弹簧片5的外形均为U形，且多个U形形状的作动器支撑弹簧片1及多个U形形状的卫星支撑弹簧片5均卧式设置，每个U形形状的作动器支撑弹簧片1的上侧壁端部均具有向该U形形状的作动器支撑弹簧片1的上侧壁长度方向延伸的伸出端7，每个U形形状的作动器支撑弹簧片1的上下两侧壁以及每个U形形状的卫星支撑弹簧片5的上下两侧壁上各分别设置有两个连接长孔一8，每个U形形状的作动器支撑弹簧片1的伸出端7上设置有一个连接长孔二9；设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片1上的一个连接长孔二9及四个连接长孔一8均平行于该U形形状的作动器支撑弹簧片1上下两侧壁的长度方向设置，设置在每个U形形状的卫星支撑弹簧片5上的四个连接长孔一8均平行于该U形形状的卫星支撑弹簧片5的上下两侧壁的长度方向设置，设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片1上侧壁上的两个连接长孔一8以及设置在每个U形形状的卫星支撑弹簧片5上侧壁上的两个连接长孔一8分别通过螺栓与卫星6的下端面可拆卸连接，设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片1下侧壁上的两个连接长孔一8以及设置在每个U形形状的卫星支撑弹簧片5下侧壁上的两个连接长孔一8分别通过螺栓与适配器4的上端面可拆卸连接；设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片1伸出端7上的连接长孔二9通过螺栓与相对应的作动器2可拆卸连接。
本发明中，作动器支撑弹簧片1和卫星支撑弹簧片5是隔振装置中提供刚度的主要部件，作动器2是系统提供主动控制力的主要部件，作动器支撑支架3主要用于支撑作动器2，承受作动器2作动时所产生的反作用力。该新型整星隔振装置能够抑制卫星6在发射过程中由于外界激励所产生的响应幅值，尤其是卫星6结构在共振峰处的响应幅值，具有良好的隔振效果。
隔振有主动隔振和被动隔振之分，本发明的主被动一体式整星隔振装置既可以用作主动的隔振，又可以用做被动的隔振。

Claims (10)

1.一种主被动一体式整星隔振装置，其特征在于：包括多个作动器支撑弹簧片(1)、多个作动器(2)及多个作动器支撑支架(3)；
所述的多个作动器支撑弹簧片(1)的上端面均与卫星(6)的下端面可拆卸连接，多个作动器支撑弹簧片(1)的下端面均与适配器(4)的上端面可拆卸连接，所述的多个作动器(2)均垂直于适配器(4)的底面设置在适配器(4)内部，每个作动器(2)的上端与对应的一个作动器支撑弹簧片(1)的伸出端可拆卸连接，每个作动器(2)的下端与对应的一个作动器支撑支架(3)相连接，所述的多个作动器支撑支架(3)均设置在适配器(4)内部并与适配器(4)可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的主被动一体式整星隔振装置，其特征在于：所述的作动器(2)的数量为八个，八个作动器(2)位于同一圆周上且均布设置。
3.根据权利要求1所述的主被动一体式整星隔振装置，其特征在于：所述的作动器(2)的数量为六个，六个作动器(2)位于同一圆周上且均布设置。
4.根据权利要求1所述的主被动一体式整星隔振装置，其特征在于：所述的作动器(2)的数量为十个，十个作动器(2)位于同一圆周上且均布设置。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的主被动一体式整星隔振装置，其特征在于：所述的多个作动器支撑弹簧片(1)的外形均为U形，且多个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)均卧式设置，每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)的上侧壁端部均具有向该U形形状的作动器支撑弹簧片(1)的上侧壁长度方向延伸的伸出端(7)，每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)的上下两侧壁上各设置有两个连接长孔一(8)，每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)的伸出端(7)上均设置有一个连接长孔二(9)，且每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)上的一个连接长孔二(9)及四个连接长孔一(8)均平行于该U形形状的作动器支撑弹簧片(1)两侧壁长度方向设置；设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)上侧壁上的两个连接长孔一(8)分别通过螺栓与所述的卫星(6)的下端面可拆卸连接，设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)下侧壁上的两个连接长孔一(8)分别通过螺栓与适配器(4)的上端面可拆卸连接；设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)伸出端(7)上的连接长孔二(9)通过螺栓与相对应的作动器(2)可拆卸连接。
6.一种主被动一体式整星隔振装置，其特征在于：包括多个作动器支撑弹簧片(1)、多个卫星支撑弹簧片(5)、多个作动器(2)及多个作动器支撑支架(3)；
所述的多个作动器支撑弹簧片(1)与多个卫星支撑弹簧片(5)均布置在同一圆周上，且依次交替设置，所述的多个作动器支撑弹簧片(1)及多个卫星支撑弹簧片(5)的上端面均与卫星(6)的下端面可拆卸连接，多个作动器支撑弹簧片(1)及多个卫星支撑弹簧片(5)的下端面均与适配器(4)的上端面可拆卸连接，所述的多个作动器(2)均垂直于适配器(4)的底面设置在适配器(4)内部，每个作动器支撑弹簧片(1)的伸出端(7)与对应的一个作动器(2)的上端可拆卸连接，每个作动器(2)的下端与对应的一个作动器支撑支架(3)相连接，所述的多个作动器支撑支架(3)均设置在适配器(4)内部并与适配器(4)可拆卸连接。
7.根据权利要求6所述的主被动一体式整星隔振装置，其特征在于：所述的作动器(2)的数量为八个，八个作动器(2)位于同一圆周上且均布设置。
8.根据权利要求6所述的主被动一体式整星隔振装置，其特征在于：所述的作动器(2)的数量为六个，六个作动器(2)位于同一圆周上且均布设置。
9.根据权利要求6所述的主被动一体式整星隔振装置，其特征在于：所述的作动器(2)的数量为十个，十个作动器(2)位于同一圆周上且均布设置。
10.根据权利要求6、7、8或9所述的主被动一体式整星隔振装置，其特征在于：所述的多个作动器支撑弹簧片(1)及多个卫星支撑弹簧片(5)的外形均为U形，且多个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)及多个U形形状的卫星支撑弹簧片(5)均卧式设置，每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)的上侧壁端部均具有向该U形形状的作动器支撑弹簧片(1)的上侧壁长度方向延伸的伸出端(7)，每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)的上下两侧壁以及每个U形形状的卫星支撑弹簧片(5)的上下两侧壁上各分别设置有两个连接长孔一(8)，每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)的伸出端(7)上设置有一个连接长孔二(9)；设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)上的一个连接长孔二(9)及四个连接长孔一(8)均平行于该U形形状的作动器支撑弹簧片(1)上下两侧壁的长度方向设置，设置在每个U形形状的卫星支撑弹簧片(5)上的四个连接长孔一(8)均平行于该U形形状的卫星支撑弹簧片(5)的上下两侧壁的长度方向设置，设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)上侧壁上的两个连接长孔一(8)以及设置在每个U形形状的卫星支撑弹簧片(5)上侧壁上的两个连接长孔一(8)分别通过螺栓与卫星(6)的下端面可拆卸连接，设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)下侧壁上的两个连接长孔一(8)以及设置在每个U形形状的卫星支撑弹簧片(5)下侧壁上的两个连接长孔一(8)分别通过螺栓与适配器(4)的上端面可拆卸连接；设置在每个U形形状的作动器支撑弹簧片(1)伸出端(7)上的连接长孔二(9)通过螺栓与相对应的作动器(2)可拆卸连接。
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