CN106275893B - 适用于航天器运输包装箱的主动减振系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天器运输包装箱主动减振系统，包括交叉式空气弹簧、阻尼器、高度控制器、流量控制器等，其中，至少4个交叉式空气弹簧对称设置在包装箱底部，交叉式空气弹簧的每个空气弹簧的气路分别依次通过高度控制器、流量控制器与阻尼器连通，阻尼器连通气源并且阻尼器上设置有放气阀，包装箱上设置有振动传感器以用于采集包装箱内减振前和减振后振动数据，中央控制器分别采集高度控制器和振动传感器的数据，并对流量控制器、放气阀、气源分别进行控制。本发明的航天器运输包装箱主动减振系统，实现了对不同航天器、不同运输环境下，航天器产品运输过程中主动进行控制减振效果的目的，满足包装箱多适应能力的需求。

Description

适用于航天器运输包装箱的主动减振系统

技术领域

本发明属于航天器产品运输装置技术领域，具体涉及一种使用空气弹簧的减振系统，以在航天器运输过程对航天器进行主动减振控制。

背景技术

航天器在进行整星(整器)运输时，要求使用具备温湿度控制和力学环境控制能力的包装箱进行运输。其中对力学环境的控制主要要求指标为，在运输过程中，一般情况下传递到卫星(飞行器)对接面处振动加速度小于等于0.2g，在特殊路段(火车进出站、复杂路段，紧急刹车)时，冲击加速度小于等于1.5g,频率在20Hz内的动加速度小于等于0.6g，20-100Hz时内动加速度小于等于0.2g。

目前，航天器整星(整器)运输过程使用的减振方式主要为螺旋弹簧减振和不锈钢丝绳拱型减振器组。根据使用效果，不锈钢丝绳拱型减振器采用45°布置的形式来实现同时满足三个方向的减振要求较好地达到了减振的效果，被广泛使用于航天器运输包装箱上。不锈钢丝绳拱型减振器具体形式和布局形式参见图1和图2。由图1可以看出，不锈钢丝绳拱型减振器1由是上下平行的板条和穿设在上下板条之间的弹簧构成。由图2可以看出，通常的航天器运输包装箱中，若干减振器1设置在过渡连接板21和减振安装板22之间，以对航天器进行减振。

通常，航天器在生产过程中，涉及到不同状态下进行运输的工况，这就造成了包装箱减振系统所承载的卫星(航天器)具有不固定的质量和质心的问题。同时，有的包装箱还要求能够满足运输多种航天器的能力。在包装箱减振系统设计时，需根据承载物的质量和质心，设计减振器的布局形式以满足要求的减振效果。包装箱减振器一旦布局完成，就很难再进行更改。这就造成了一个包装箱很难装载不同航天器，或者只能降低要求减振指标进行运输的难题。同时包装箱运输环境复杂，可能会经历公路、铁路、航空、航海不同路况的运输，不同路况所产生的振动和冲击输入差别较大。对于上述问题，传统形式的减振形式很难满足要求减振效果，需要提出一种能够主动适应变化承载和不同振动输入的新形式的减振系统。

发明内容

本发明的目的在于设计一种基于空气弹簧的可调节弹簧刚度和高度的主动减振系统，旨在适应包装箱承载不同质量、不同质心的航天器的功能。

本发明突破了传统航天器包装箱采用刚性弹簧进行减振的方法，首次提出使用空气弹簧进行减振的方法，能够解决包装箱适应不同航天器、适应不同运输环境的难题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

航天器运输包装箱主动减振系统，包括交叉式空气弹簧、阻尼器、高度控制器、流量控制器、放气阀、气源、振动传感器以及中央控制器，其中，至少4个交叉式空气弹簧对称设置在包装箱底部用于承载运输的航天器，交叉式空气弹簧的每个空气弹簧的气路分别依次通过高度控制器、流量控制器与阻尼器连通，阻尼器连通气源并且阻尼器上设置有放气阀，包装箱上设置有振动传感器以用于采集包装箱内减振前和减振后振动数据，中央控制器分别采集高度控制器和振动传感器的数据，并对流量控制器、放气阀、气源分别进行控制。

其中，振动传感器为多个。

其中，交叉式空气弹簧包括上连接板、下连接板和两个空气弹簧，两个空气弹簧的上端共同铰接在上连接板的相同位置上，下端分别铰接在下连接板的不同位置上，两个互成一定的角度。

其中，每个空气弹簧采用膜式空气弹簧的形式，且设置有导向槽。

其中，每个膜式空气弹簧包括圆柱形的导向槽和滑动设置在导向槽内的负载活塞，负载活塞下端为倒“T”型端部，倒“T”型端部的两侧与导向槽的内壁分别形成间隙，间隙上方覆盖有橡胶膜以在圆柱形的导向槽底部封闭形成负载腔，负载腔的腔壁上设置有通气孔以与流量控制器气体连通。

其中，阻尼器为阻尼腔结构，每个交叉式空气弹簧的两个空气弹簧连接同一个阻尼腔，实现同时对两个空气弹簧进行减振消能。

其中，高度控制器采用数字压力传感器对空气弹簧的内腔压力进行实时监测，根据空气弹簧内压力值变化反馈给中央控制器，并通过中央控制器读取的数据控制气源对阻尼器进行充气或放气，实现对空气弹簧高度的控制。

其中，流量控制器为可调式节流阀，通过调节节流阀流程，控制空气弹簧与阻尼器之间空气流量，来控制空气弹簧的刚度。

其中，振动传感器为三向力学传感器，设置在减振前包装箱的基底结构上，用于采集振动输入数据，设置在减振后航天器安装基底上，用于监视减振效果。

本发明的航天器运输包装箱主动减振系统，实现了对不同航天器、不同运输环境下，航天器产品运输过程中主动进行控制减振效果的目的，满足包装箱多适应能力的需求。

附图说明

图1为现有技术中的不锈钢丝绳拱型减振器的结构示意图。

其中，1-为减振器；

图2为现有技术中减振器在航天器运输包装箱中的布局示意图。

其中，21-为过渡连接板；22-为减振安装板；1-为减振器。

图3为本发明的航天器运输包装箱的主动减振系统的结构图；

图中，31-为交叉式空气弹簧、32-为高度控制器(共2个)、33-为流量控制器(共2个)、34-为阻尼器、35-为气源、36-为放气阀、37-为中央控制器、38-为振动传感器。

图4为本发明的主动减振系统中的交叉式空气弹簧结构示意图，

其中，41-上连接板、42-空气弹簧单体(共2个)、43-下连接板

图5为本发明的主动减振系统中空气弹簧单体的结构图；

其中，51-导向槽、52-负载活塞、53-橡胶模、54-负载腔、55-通气孔。

图6为本发明的主动减振系统中阻尼器与空气弹簧连接示意图；

其中，61-为阻尼腔、42-为空气弹簧单体、33-为流量控制器、64-为通气孔(与气源连接)、65-为通气孔(与放气阀连接)。

图7为本发明的主动式减振系统的布局图。

图中，31-为交叉式空气弹簧组件(共4个)、71-为航天器对接面(减振后)、72-为包装箱底面(减振前)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的进行进一步说明，该说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明的保护范围。

图1是下面结合附图对本发明的航天器运输包装箱的主动减振系统作进一步的说明。

参照图3，图3显示了本发明的航天器运输包装箱的主动减振系统的结构图；从图中可以看出，本发明的航天器运输包装箱的主动减振系统包括交叉式空气弹簧31、阻尼器34、两个高度控制器32、两个流量控制器33、放气阀36、气源35、若干振动传感器38以及中央控制器37，其中，至少4个交叉式空气弹簧31对称设置在包装箱底部用于承载运输的航天器，交叉式空气弹簧31的每个空气弹簧的气路分别依次通过高度控制器32、流量控制器33与阻尼器34连通，阻尼器34连通气源35并且阻尼器34上设置有放气阀36，包装箱上设置有振动传感器38以用于采集包装箱内减振前和减振后振动数据，中央控制器37分别采集高度控制器32和振动传感器38的数据，并对流量控制器33、放气阀36、气源35分别进行控制。

对于本发明的主动减振系统中的交叉式空气弹簧，是主动减振系统的主要承载机构，该主要承载机构的具体结构可参见图4，图4是交叉式空气弹簧结构示意图，其中该结构包括上连接板41、下连接板43和两个空气弹簧单体42，两个空气弹簧单体42的上端共同铰接在上连接板41的相同位置上，下端分别铰接在下连接板43的不同位置上，两个互成一定的角度(倾斜交叉的角度)。上连接板与航天器安装面连接，下连接板与包装箱底面连接，利用空气弹簧单元将航天器安装面和包装箱底面隔振连接，实现减振目的。两个空气弹簧单体采用交叉式连接方式，连接点全部为铰链连接形式，以保证空气弹簧只承受轴向压力，避免承受径向力。采用交叉式连接方式的空气弹簧组件能提高空气弹簧的承载能力，避免空气弹簧承受横向力能力差的问题。

针对每个空气弹簧单体，图5显示了它的结构图；其中，每个膜式空气弹簧包括圆柱形的导向槽51和滑动设置在导向槽内的负载活塞52，负载活塞52下端为倒“T”型端部，倒“T”型端部的两侧与导向槽51的内壁分别形成间隙，间隙上方覆盖有橡胶膜53以在圆柱形的导向槽51底部封闭形成负载腔54，负载腔54的腔壁上设置有通气孔55以与流量控制器气体连通。在一具体的实施方式中，阻尼器为阻尼腔61，每个交叉式空气弹簧的两个空气弹簧单体42分别通过两个流量控制器33连通同一个阻尼腔61，阻尼腔61分别设置有余气源连通的通气孔64和与放气阀连通的通气孔65，同时连通到同一个阻尼腔61上可实现同时对两个空气弹簧进行减振消能，阻尼腔61与空气弹簧单体之间串联流量控制器33，使得阻尼腔用于降低空气弹簧的刚度。具体参见图6，图6为本发明的主动减振系统中阻尼器与空气弹簧连接示意图。

本发明中的高度控制器采用数字压力传感器对空气弹簧的内腔压力进行实时监测，根据空气弹簧内压力值变化反馈给中央控制器，并通过中央控制器读取的数据控制气源对阻尼器进行充气或放气，实现对空气弹簧高度的控制。流量控制器为可调式节流阀，通过调节节流阀流程，控制空气弹簧与阻尼器之间空气流量，来控制空气弹簧的刚度。本发明中的振动传感器为三向力学传感器，设置在减振前包装箱的基底结构上，用于采集振动输入数据，设置在减振后航天器安装基底上，用于监视减振效果。

图7为本发明一具体实施方式的主动减振系统中交叉式空气弹簧的布局图，根据航天器的基本外形与尺寸，在航天器对接面71(安装基底)与包装箱底面72的四角上分布四个交叉式空气弹簧。

本发明的主动减振系统的使用过程如下：将航天器放入包装箱后，首先通过高度控制器测量(数字压力传感器)每个空气弹簧的压力；通过每个空气弹簧的压力值与预设数据的对比，对每个空气弹簧充气或者放气操作，将航天器调平；记录下此状态下每个空气弹簧压力值作为等高状态初始值；根据每个空气弹簧压力值，计算出航天器的质量和质心；根据航天器质量和质心状态，设计减振系统初始阻尼值，通过流量控制器实现改变阻尼值的效果；产品运输过程中实时采集包装箱底减振前振动情况和航天器安装基底减振后振动情况，根据实时对空气弹簧阻尼值进行修正，以满足减振要求，其中，中央控制器是整个主动减振系统的主要控制单元，采集高度控制器数据与预设数据进行对比，从而发送指令控制气源对空气弹簧进行充气，或者控制放气阀进行那个放气，以实现控制空气弹簧的高度。通过采集振动传感器的数据，控制流量控制器的流量，以实现对空气弹簧刚度的控制。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.航天器运输包装箱主动减振系统，包括交叉式空气弹簧、阻尼器、高度控制器、流量控制器、放气阀、气源、振动传感器以及中央控制器，其中，至少4个交叉式空气弹簧对称设置在包装箱底部用于承载运输的航天器，交叉式空气弹簧的每个空气弹簧的气路分别依次通过高度控制器、流量控制器与阻尼器连通，阻尼器连通气源并且阻尼器上设置有放气阀，包装箱上设置有振动传感器以用于采集包装箱内减振前和减振后振动数据，中央控制器分别采集高度控制器和振动传感器的数据，并对流量控制器、放气阀、气源分别进行控制。

2.如权利要求1所述的主动减振系统，其中，振动传感器为多个。

3.如权利要求1所述的主动减振系统，其中，交叉式空气弹簧包括上连接板、下连接板和两个空气弹簧，两个空气弹簧的上端共同铰接在上连接板的相同位置上，下端分别铰接在下连接板的不同位置上，两个互成一定的角度。

4.如权利要求3所述的主动减振系统，其中，每个空气弹簧采用膜式空气弹簧的形式，且设置有导向槽。

5.如权利要求1-4任一项所述的主动减振系统，其中，每个空气弹簧包括圆柱形的导向槽和滑动设置在导向槽内的负载活塞，负载活塞下端为倒“T”型端部，倒“T”型端部的两侧与导向槽的内壁分别形成间隙，间隙上方覆盖有橡胶膜以在圆柱形的导向槽底部封闭形成负载腔，负载腔的腔壁上设置有通气孔以与流量控制器气体连通。

6.如权利要求1-4任一项所述的主动减振系统，其中，阻尼器为阻尼腔结构，每个交叉式空气弹簧的两个空气弹簧连接同一个阻尼腔，实现同时对两个空气弹簧进行减振消能。

7.如权利要求1-4任一项所述的主动减振系统，其中，高度控制器采用数字压力传感器对空气弹簧的内腔压力进行实时监测，根据空气弹簧内压力值变化反馈给中央控制器，并通过中央控制器读取的数据控制气源对阻尼器进行充气或放气，实现对空气弹簧高度的控制。

8.如权利要求1-4任一项所述的主动减振系统，其中，流量控制器为可调式节流阀，通过调节节流阀流程，控制空气弹簧与阻尼器之间空气流量，来控制空气弹簧的刚度。

9.如权利要求1-4任一项所述的主动减振系统，其中，振动传感器为三向力学传感器，设置在减振前包装箱的基底结构上，用于采集振动输入数据，设置在减振后航天器安装基底上，用于监视减振效果。