CN107524893A - 一种空间相机用变频率阻尼支撑装置 - Google Patents

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Abstract

一种空间相机用变频率阻尼支撑装置，包括上铰板(1)等。上铰板(1)和下铰板(10)通过关节轴承(5)及销轴(6)分别与外连杆(外连杆一(2)、外连杆二(3))和内连杆(7)相连，外连杆一(2)、外连杆二(3)与内连杆(7)之间填充阻尼胶层(8)，借助隔板(9)和刚度胶层(11)在外连杆一(2)、外连杆二(3)和内连杆(7)之间制造可控制的结构间隙，最终实现对相机的支撑。本发明通过间隙设计，使得相机在小量级振动、发射段振动、在轨失重状态下表现出三种不同频率的变频特性，既保证了大阻尼减振效果，又解决了卫星结构在轨微振动对相机成像的影响问题。

Description

一种空间相机用变频率阻尼支撑装置
技术领域
本发明属于航天光学遥感器技术领域，涉及一种空间相机支撑装置，特别是一种变频率阻尼支撑装置。
背景技术
随着航天遥感技术的发展，遥感相机不断向大型化，轻型化发展，相机技术指标不断提高，对卫星平台的要求也越来越苛刻。受加工技术限制，卫星平台对相机装配面的平面度已不能满足目前相机的要求，卫星在轨工作时，活动部件的动力学颤振带来的相机图像扭曲问题也日益突出，随着相机重量的提升，相机对于发射段振动环境的耐受能力也不断下降。
目前，一些相机已开始使用阻尼减振装置进行支撑，常见的有两种形式。一是采用阻尼桁架形式对相机进行支撑，一般能得到30Hz左右的相机在轨一阶基频，对60Hz及以上的在轨颤振有较好的减振效果，在相机发射段可以有效地进行隔振，使相机能够承受运载传递过来的振动；二是选用两组支撑，一组为刚性支撑，一组为阻尼支撑，发射段时阻尼支撑锁紧，只有刚性支撑起作用，入轨后释放阻尼支撑，并利用火工品切断刚性支撑连接，使相机获得2Hz以下的基频，对微振动起到良好的抑制作用。第一种形式对相机装配面不平度适应性尚可，但在轨对60Hz以内的微振动无法抑制，甚至100Hz左右抑制作用也不明显，在整星机动成像时会造成明显的图像扭曲，第二种形式则对相机装配面有较高的要求，系统相对复杂，并需要引入火工品，在使用上不够经济。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种空间相机用变频率阻尼支撑装置，使用简单的结构，只依靠机械结构设计，达到变频效果，同时解决发射段振动和在轨颤振问题，并大大降低对安装面平面度的要求，本发明的装置有体积小、重量轻、减振效果好、频率可变等特点。
本发明的技术解决方案是：一种空间相机用变频率阻尼支撑装置，包括：上铰板、外连杆一、外连杆二、关节轴承、销轴、内连杆、阻尼胶层、隔板、下铰板、刚度胶层；上铰板通过关节轴承及销轴分别与外连杆一、外连杆二相连；外连杆一、外连杆二内分别安装内连杆，外连杆一、外连杆二与内连杆之间为孔轴配合，外连杆一、外连杆二与内连杆的管壁间分别填充阻尼胶层；各内连杆端部分别通过关节轴承及销轴与下铰板相连；外连杆一和其内安装的内连杆、外连杆二和其内安装的内连杆的对应部位开有方槽，隔板安装在方槽内，隔板与内连杆之间填注刚度胶层。
还包括孔用钢丝挡圈、轴用钢丝挡圈；关节轴承通过孔用钢丝挡圈进行限位，销轴端部通过轴用钢丝挡圈进行限位。
所述外连杆一为圆筒形，圆筒端部有与关节轴承、销轴配合安装环；外连杆二为圆筒形，圆筒端部有两个平行的与关节轴承、销轴配合安装环；外连杆一的安装环插入外连杆二的两个安装环之间，通过关节轴承、销轴与上铰板连接。
所述隔板与内连杆之间存在间隙。
所述隔板与外连杆一或外连杆二之间为紧配合。
所述的阻尼胶层或刚度胶层的体积可调，其中阻尼胶层体积通过选择注胶层数调整，刚度胶层体积通过改变隔板尺寸来调整。
所述阻尼胶层材料为聚氨酯。
所述刚度胶层材料为XM23胶。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明阻尼支撑装置体积小、重量轻，使用一套结构解决现有方法需要两套结构才能解决的发射段振动和在轨颤振问题；
(2)本发明阻尼支撑装置，使用变频率设计思想，通过机械设计，有目的的制造定量间隙，使得结构在小量级振动、大量级振动、在轨失重三种状态下呈现不同的频率特性；
(3)本发明阻尼支撑装置采用关节轴承作为连接部件，使得相机能很好的适应现有卫星平台的安装面状态。
(4)本发明与通过间隙设计，使得相机在小量级振动、发射段振动、在轨失重状态下表现出三种不同频率的变频特性，既保证了大阻尼减振效果，又解决了卫星结构在轨微振动对相机成像的影响问题；采用关节轴承后，相机对卫星装配面适应性更强。
附图说明
图1为本发明空间相机用变频率阻尼支撑装置的结构组成剖面图；
图2为本发明空间相机用变频率阻尼支撑装置的结构组成正视图；
图3(a)为本发明空间相机用变频率阻尼支撑装置外连杆一的结构示意图；
图3(b)为本发明空间相机用变频率阻尼支撑装置外连杆二的结构示意图；
图4为本发明空间相机用变频率阻尼支撑装置内外连杆注胶前装配示意图；
图5为本发明空间相机用变频率阻尼支撑装置隔板的结构图；
图6为本发明空间相机用变频率阻尼支撑装置间隙垫片的结构图；
图7为本发明空间相机用变频率阻尼支撑装置刚度胶作用机理图。
具体实施方式
一种空间相机用变频率阻尼支撑装置如图1～图2所示，包括上铰板1、外连杆、孔用钢丝挡圈4、关节轴承5、销轴6、内连杆7、阻尼胶层8、隔板9、下铰板10、刚度胶层11、轴用钢丝挡圈12。其中外连杆、关节轴承5、内连杆7、阻尼胶层8、隔板9、刚度胶层11是其核心组成部分。
如图3(a)、图3(b)所示，外连杆包括外连杆一2、外连杆二3；外连杆一2为圆筒形，圆筒端部有与关节轴承5、销轴6配合安装环；外连杆二3为圆筒形，圆筒端部有两个平行的与关节轴承5、销轴6配合安装环；外连杆一2的安装环插入外连杆二3的两个安装环之间，通过关节轴承5、销轴6与上铰板1连接。外连杆一2、外连杆二3与内连杆7为孔轴配合，内连杆7分别安装在外连杆一2、外连杆二3内，连接后在管壁间填充阻尼胶层8；两个下铰板10通过关节轴承5及销轴6分别与一个内连杆7相连；关节轴承5及销轴6分别使用孔用钢丝挡圈4和轴用钢丝挡圈12进行限位；在外连杆(外连杆一2、外连杆二3)和内连杆7的对应部位开有方槽，隔板9与外连杆外连杆一2、外连杆二3的方槽是紧配合，与内连杆7的方槽长宽均留有单边L1左右的间隙，对隔板9进行注胶，使得注胶后隔板9与内连杆7之间的间隙为L2，组件完成装配后，上铰板1与相机镜头相连，下铰板10与卫星平台相连。相机镜头通过外连杆一2、外连杆二3形成的三角支撑结构支撑在卫星平台上。
如图7所示，装配时，调整阻尼胶层8和刚度胶层11的体积，可以改变相机的频率，相机进行小量级振动时，由于重力和间隙的作用，刚度胶层11只在重力方向上起承载，而在逆重力的方向上不承载，处于单向作用状态，当相机进行大量级振动时，刚度胶层11处于双向所用状态，相机在轨时，刚度胶层11不再承载，处于无所用状态，上述三种状态下相机具有不同的频率特性，可满足发射段和在轨使用的不用使用需求。阻尼胶层8材料为聚氨酯。刚度胶层11材料为XM23胶。
装配时，先将内连杆7穿入外连杆(外连杆一2、外连杆二3)中，到位后将间隙垫片13交叉塞入外连杆方槽上方的间隙处，每处间隙垫片13为两层(如图6所示)，随后将隔板9推入外连杆(外连杆一2、外连杆二3)的方槽内；按照图4所示，使用工艺销轴14将组装好的内外连杆固定到定位块15上；在图2所示，在外连杆一2、外连杆二3上的注胶槽16内注入一定量的刚度胶，刚度胶固化后使用外连杆一2、外连杆二3上的第一注胶孔17注射阻尼胶，直至第二注胶孔18有胶液冒出，认为此层阻尼胶层8注满，根据设计需要选择阻尼胶的层数(第一注胶孔17、第二注胶孔18分别位于注胶槽16两侧，多排注胶孔及注胶槽分布在外连杆一2、外连杆二3侧壁上)；阻尼胶固化后，将组合体从定位块15上拆下，使用隔板9上的注胶孔注刚度胶，通过观察孔91观察，确认注满后完成刚度胶的实施，如图5所示；刚度胶固化后将双层间隙垫片13中远离胶层11的那层抽出，剩余层沿外连杆(外连杆一2、外连杆二3)外轮廓切除。
间隙垫片13材料厚度为L2，胶层固化后由于有一层垫片被抽出，使得胶层与结构间产生宽度为L2的间隙20。正常放置时，由于重力作用，此间隙被向下压紧，小量级振动时，由于振幅较小，不足以产生L2的位移，此时图7中上层胶斑被压紧，下层胶斑与内连杆7脱离，两块胶斑中只有上层胶斑在单向(沿重力方向)上承载，提供连接刚度；对于大量级振动，振幅大于L2，外连杆(外连杆一2、外连杆二3)及隔板9逆重力方向运动时，上层胶斑与内连杆7脱离，下层胶斑承载，外连杆(外连杆一2、外连杆二3)及隔板9沿重力方向运动时，下层胶斑与内连杆7脱离，上层胶斑承载，从而总有一块胶斑在运动中承载，提供连接刚度；相机在轨失重时，上下层胶斑均与内连杆7脱离，不再提供连接刚度，由此实现一套结构，三种频率特性的功能。
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。

Claims (8)

1.一种空间相机用变频率阻尼支撑装置，其特征在于，包括：上铰板(1)、外连杆一(2)、外连杆二(3)、关节轴承(5)、销轴(6)、内连杆(7)、阻尼胶层(8)、隔板(9)、下铰板(10)、刚度胶层(11)；上铰板(1)通过关节轴承(5)及销轴(6)分别与外连杆一(2)、外连杆二(3)相连；外连杆一(2)、外连杆二(3)内分别安装内连杆(7)，外连杆一(2)、外连杆二(3)与内连杆(7)之间为孔轴配合，外连杆一(2)、外连杆二(3)与内连杆(7)的管壁间分别填充阻尼胶层(8)；各内连杆(7)端部分别通过关节轴承(5)及销轴(6)与下铰板(10)相连；外连杆一(2)和其内安装的内连杆(7)、外连杆二(3)和其内安装的内连杆(7)的对应部位开有方槽，隔板(9)安装在方槽内，隔板(9)与内连杆(7)之间填注刚度胶层(11)。
2.根据权利要求1所述的一种空间相机用变频率阻尼支撑装置，其特征在于：还包括孔用钢丝挡圈(4)、轴用钢丝挡圈(12)；关节轴承(5)通过孔用钢丝挡圈(4)进行限位，销轴(6)端部通过轴用钢丝挡圈(12)进行限位。
3.根据权利要求1或2所述的一种空间相机用变频率阻尼支撑装置，其特征在于：所述外连杆一(2)为圆筒形，圆筒端部有与关节轴承(5)、销轴(6)配合安装环；外连杆二(3)为圆筒形，圆筒端部有两个平行的与关节轴承(5)、销轴(6)配合安装环；外连杆一(2)的安装环插入外连杆二(3)的两个安装环之间，通过关节轴承(5)、销轴(6)与上铰板(1)连接。
4.根据权利要求1或4所述的一种空间相机用变频率阻尼支撑装置，其特征在于：所述隔板(9)与内连杆(7)之间存在间隙(20)。
5.根据权利要求1或4所述的一种空间相机用变频率阻尼支撑装置，其特征在于：所述隔板(9)与外连杆一(2)或外连杆二(3)之间为紧配合。
6.根据权利要求4所述的一种空间相机用变频率阻尼支撑装置，其特征在于：所述的阻尼胶层(8)或刚度胶层(11)的体积可调，其中阻尼胶层(8)体积通过选择注胶层数调整，刚度胶层(11)体积通过改变隔板(9)尺寸来调整。
7.根据权利要求1或2所述的一种空间相机用变频率阻尼支撑装置，其特征在于：所述阻尼胶层(8)材料为聚氨酯。
8.根据权利要求1或2所述的一种空间相机用变频率阻尼支撑装置，其特征在于：所述刚度胶层(11)材料为XM23胶。
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