CN109466804A - 一种兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构 - Google Patents

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刘海平
孙鹏飞
罗婕
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/64—Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
    • B64G1/641—Interstage or payload connectors

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Abstract

一种兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构，利用不同厚度金属弧形薄片堆叠而成；通过调整各金属薄片的厚度和各薄片之间的间距实现结构抗冲击频带的灵活调整；沿金属薄片构成的堆叠结构外侧粘贴约束阻尼层可在各层金属片发生变形时产生剪切力，以保证约束阻尼层的高阻尼输出。此外，通过调整弧形金属薄片的弧度也可以对其连接刚度进行调整并满足不同连接结构构型需求。

Description

一种兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构
技术领域
本发明涉及一种级间连接结构，属于结构振动噪声控制技术领域。
背景技术
对于航空航天、海洋船舶、石油化工等工程领域，存在各种类型的连接结构件。通常，为了保证各结构之间连接刚度，连接结构采用金属结构或者与各结构本体材料相似的材料制成；由此导致受外界扰动影响各结构间耦合振动显著，衰减效果不明显。例如：运载火箭发射过程中，火箭发动机点火脉动冲击、声学载荷、随机振动等外部载荷激励沿着箭体结构，通过星箭适配器传递到卫星上进而对星载设备产生不同程度的影响。现有的星箭适配器为铝合金或者复合材料薄壳结构，对传递的振动响应几乎没有衰减。虽然科研工作者提出各种新型适配器结构方案，例如：粘弹阻尼适配器、粘性流体多杆适配器、压电作动杆适配器等。但是，这些方案中有的将柔性阻尼材料嵌入适配器主传力路径，通过大变形产生阻尼输出却牺牲了结构刚度；有的将主动作动单元插入主传力路径，虽然刚度可控，但是附加的能源系统和控制装置使整个系统变得过于复杂而降低了可靠性。故需要一种既能够保持原有结构连接刚度、又兼具高阻尼输出和抗冲击功能的新型连接结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构，在航天器舱段间和不同结构之间，在不损失结构连接刚度前提下，通过在非主传力路径上沿连接结构侧壁粘贴约束阻尼层实现高阻尼输出，解决不同设备间的冲击振动问题。
本发明所采用的技术方案是：一种兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构，包括主连接片、若干次连接片和约束阻尼层；各次连接片层层堆叠安装在上下两个主连接片之间，各次连接片之间、次连接片与主连接片之间设置垫片；螺栓穿过主连接片、次连接片、垫片，将主连接片、次连接片、垫片与两侧的外部设备固定连接；约束阻尼层沿主连接片和次连接片构成的叠堆外侧的弧形面粘贴。
所述约束阻尼层包括内侧的粘弹性材料层和外侧的弧形薄板；弧形薄板为铝合金或者不锈钢板压制成型。
所述主连接片、次连接片为圆环形片。
所述主连接片、次连接片为沿圆环等分的弧形片，主连接片、次连接片构成的各叠堆中主连接片和次连接片的弧形长度从两侧到内逐级减小，使得主连接片、次连接片安装后构成的各叠堆之间形成圆孔。
所述主连接片、次连接片构成的各叠堆侧面均粘贴一片约束阻尼层。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明安装于航天器舱段间或不同结构之间，在不改变结构连接刚度的情况下实现高阻尼输出，并对所连接结构之间传递的冲击载荷进行有效衰减，该高阻尼抗冲击连接结构为被动式减振结构，其构型简单，性能可靠，环境适应性强，能够在不损失连接刚度的情况下，提高连接结构的阻尼输出。
(2)本发明可应用于航天器舱段间和不同结构之间兼具高阻尼和抗冲击功能的连接结构，不损失结构连接刚度，且通过在非主传力路径上沿连接结构侧壁粘贴约束阻尼层实现高阻尼输出。
(3)本发明沿轴向采用分体设计，在满足连接刚度和减振缓冲需求的同时，可以显著减小级间连接结构的重量，非常适合对重量要求严苛的工程环境。
附图说明
图1为本发明的结构安装示意图。
图2为本发明的兼具高阻尼和抗冲击功能级间结构组成图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
一种兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构其减振缓冲原理是利用不同厚度金属薄片堆叠构成周期结构，通过改变载荷传递路径有效衰减冲击应力波的传递，通过周期结构构成的带隙抑制目标频段的振动能量传递。
如图1、图2所示，兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构3，实际使用时通过螺栓连接，安装于上舱段1和下舱段2之间；兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构3包括主连接片4，次连接片5和约束阻尼层6。各次连接片5层层堆叠安装在上下两个主连接片4之间，各次连接片5之间、次连接片5与主连接片4之间设置垫片；螺栓穿过主连接片4、次连接片5、垫片，将主连接片4、次连接片5、垫片与两侧的外部设备固定连接；约束阻尼层6沿主连接片4和次连接片5构成的叠堆外侧的弧形面粘贴。
在本实施例中，高阻尼抗冲击级间连接结构3采用分体式安装；每一个独立的高阻尼抗冲击级间连接结构，主要由主连接片4和次连接片5间隔堆叠，然后通过螺栓固定连接，其中连接片4的长度要大于次连接片5的长度；然后，沿主连接片4和次连接片5构成的叠堆外侧沿弧形面粘贴约束阻尼层6，从而构成高阻尼抗冲击级间连接结构3。
为了减重和与结构连接，主连接片4和次连接片5弧形长度从外到内逐级减小，使得主连接片4、次连接片5安装后构成的各叠堆之间形成圆孔。
约束阻尼层6包括内侧的粘弹性材料601和外侧铝合金或者不锈钢板压制成型的弧形薄板602。
兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构3的包络尺寸可设计不超过原有机械结构的包络尺寸，以整体模块替代舱段间的薄壳型连接结构。
在本实施例中，兼具高阻尼和抗冲击功能的级间结构设计为4片分离的形式，基于同样的原理可根据安装空间等需求设计为3片分离形式、6片分离形式、8片分离形式、环形形式或3D打印一体成型，上述不同形式均属于本专利保护范围。
根据安装和减振缓冲需求，主连接片和次连接片可以灵活选用不同材料(例如：铝合金、不锈钢等)、不同厚度和不同金属弧形薄片间距(主要依据连接结构之间的间距确定)，可最优化其静动态力学性能。
本发明利用不同厚度金属弧形薄片堆叠构成，通过调整各金属薄片的厚度和各薄片之间的间距实现其抗冲击频带的灵活调整，沿金属薄片构成的堆叠结构外侧粘贴约束阻尼层可在各层金属薄片发生变形时产生剪切力，以保证约束阻尼层的高阻尼输出。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构，其特征在于：包括主连接片(4)、若干次连接片(5)和约束阻尼层(6)；各次连接片(5)层层堆叠安装在上下两个主连接片(4)之间，各次连接片(5)之间、次连接片(5)与主连接片(4)之间设置垫片；螺栓穿过主连接片(4)、次连接片(5)、垫片，将主连接片(4)、次连接片(5)、垫片与两侧的外部设备固定连接；约束阻尼层(6)沿主连接片(4)和次连接片(5)构成的叠堆外侧的弧形面粘贴。
2.根据权利要求1所述的一种兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构，其特征在于：所述约束阻尼层(6)包括内侧的粘弹性材料层(601)和外侧的弧形薄板(602)；弧形薄板(602)为铝合金或者不锈钢板压制成型。
3.根据权利要求1或2所述的一种兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构，其特征在于：所述主连接片(4)、次连接片(5)为圆环形片。
4.根据权利要求1或2所述的一种兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构，其特征在于：所述主连接片(4)、次连接片(5)为沿圆环等分的弧形片，主连接片(4)、次连接片(5)构成的各叠堆中主连接片(4)和次连接片(5)的弧形长度从两侧到内逐级减小，使得主连接片(4)、次连接片(5)安装后构成的各叠堆之间形成圆孔。
5.根据权利要求4所述的一种兼具高阻尼和抗冲击功能的级间连接结构，其特征在于：所述主连接片(4)、次连接片(5)构成的各叠堆侧面均粘贴一片约束阻尼层(6)。
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