CN113898700B - 一种适用于卫星平台的吸振装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种适用于卫星平台的吸振装置及使用方法，其中适用于卫星平台的吸振装置包括：基座，所述基座连接在所述卫星平台上，所述卫星平台安装有振动设备和敏感载荷；所述基座上设置有多组吸振组件，每组吸振组件包括连接在所述基座上的安装杆以及可调换组配在所述安装杆上的质量块，所述质量块在所述安装杆上的安装位置可调。通过安装杆以及组配在安装杆上的质量块，能够构成质量弹簧阻尼体系，通过可调换的质量块以及其在安装杆上的位置可调，能够调整吸振组件的固有频率，利于使吸振组件与振动设备引起的振动发生共振，从而通过基座与卫星平台连接的形式，将振动设备产生的振动能量转移至吸振组件上，从而达到降低系统微振动效应。

Description

一种适用于卫星平台的吸振装置及使用方法

技术领域

本申请涉及卫星减振技术领域，具体而言，涉及一种适用于卫星平台的吸振装置及使用方法。

背景技术

随着航空航天产业的高速发展，高精度的敏感载荷对卫星平台微振动环境要求越来越高。特别对于一些高分辨率光学载荷，卫星在轨阶段，微振动环境逐渐成为影响整个系统性能的关键因素之一。

卫星平台微振动指的是在轨运行阶段中，卫星平台中一些旋转部件运行过程产生的一种幅值较小、频率相对较高的振动响应；通常包括变轨调姿时推进点火、载荷方位俯仰等机构运动以及其他高速旋转部件转动。卫星平台微振动环境如不满足系统要求，则会显著影响敏感载荷的性能，如指向偏差、成像模糊等。

而飞轮振动是影响卫星微振动环境的主要因素之一。其振动主要由于飞轮转子的质量不均匀，对于转轴有偏心、转轴刚度不足、轴承噪声等原因产生。目前常用的飞轮微振动控制主要有增加结构刚度、阻尼吸振、隔振等方法。

目前飞轮微振动的控制方法主要存在以下问题：

a)增加结构刚度会增加卫星质量，提高发射成本；

b)阻尼吸振只有在结构共振时才效果明显；

c)隔振包括被动隔振和主动隔振，被动隔振通常只能抑制单一频率，主动隔振非常复杂，代价较大，并且可靠性不高。

发明内容

本申请的目的是提供一种适用于卫星平台的吸振装置及使用方法，该吸振装置及使用方法能够调节吸振装置的频率，可对卫星平台多种工作转速下不同频率的振动进行吸收，有效达到降低飞轮微振动的技术效应。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种适用于卫星平台的吸振装置，包括：基座，所述基座连接在所述卫星平台上，所述卫星平台安装有振动设备和敏感载荷；

所述基座上设置有多组吸振组件，每组吸振组件包括连接在所述基座上的安装杆以及可调换组配在所述安装杆上的质量块，所述质量块在所述安装杆上的安装位置可调。

在可选的实施方式中，所述安装杆包括质量以及尺寸均可调整的直杆，所述基座上设置有与所述安装杆对应的多个安装孔。

在可选的实施方式中，所述安装杆包括螺杆，所述质量块螺纹连接在所述螺杆上，且所述质量块的尺寸以及质量可调。

在可选的实施方式中，所述安装孔内设置有螺纹，所述螺杆螺纹连接在所述安装孔中。

在可选的实施方式中，所述螺杆螺纹连接有用于紧固所述质量块的螺母，所述螺母设置在所述质量块的外侧端面上。

在可选的实施方式中，所述基座包括贴合在所述卫星平台上的平面基板，所述吸振组件设置在所述平面基板背对所述卫星平台的侧部。

在可选的实施方式中，所述基座包括倾斜支架，所述倾斜支架包括相对倾斜于所述卫星平台的斜面，所述吸振组件设置在所述斜面上。

在可选的实施方式中，所述振动设备包括工作状态下的飞轮。

在可选的实施方式中，所述质量块为长方体或圆柱体，所述质量块的轴心与所述安装杆的轴心重合。

本发明中的吸振装置，通过安装杆以及组配在安装杆上的质量块，能够构成质量弹簧阻尼体系，通过可调换的质量块以及其在安装杆上的位置可调，能够调整吸振组件的固有频率，利于使吸振组件与振动设备引起的振动发生共振，从而通过基座与卫星平台连接的形式，将振动设备产生的振动能量转移至吸振组件上，从而达到降低微振动效应。

通过在基座上同时安装多组不同固有频率的吸振组件，能够与相同的振动设备在不同工作转速下的微振动频率进行匹配，实现对振动设备产生的振动能量进行吸收。

第二方面，本发明提供了一种适用于卫星平台的吸振装置的使用方法，包括以下步骤：

根据振动设备的振动频率，选择吸振组件的规格；

进行吸振组件的组装，并调整质量块与安装杆之间的组配，将吸振组件的固有频率调至振动设备的振动频率；

通过吸振组件与振动中的振动设备产生共振，降低系统的微振动。

通过本发明中的吸振装置，能够以调整吸振组件固有频率的形式，使吸振组件与运行中的振动设备达到共振，从而将振动设备在不同转速的工作状态下产生的振动能量转移至吸振组件，有效降低了系统的微振动。

本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请提供的适用于卫星平台的吸振装置的结构示意图；

图2为本申请提供的基座包括倾斜支架的吸振装置的结构示意图；

图3为吸振装置对飞轮吸振时的整体结构示意图；

图4为吸振装置对敏感载荷吸振时的整体结构示意图；

图5为多组吸振组件在基座上的结构示意图；

图6为单组吸振组件在基座上的安装示意图。

图标：

1-基座；11-平面基板；12-安装杆；13-质量块；14-螺母；15-倾斜支架；2-振动设备；21-结构板；22-飞轮支架；23-飞轮；24-敏感载荷。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参见图1-图6，本发明中的适用于卫星平台的吸振装置，包括：基座1，所述基座1连接在所述卫星平台上，所述卫星平台安装有在运行时产生振动的振动设备2或响应于振动设备2即在振动设备2影响下产生微振动的敏感载荷24；

所述基座1上设置有多组吸振组件，每组吸振组件包括连接在所述基座1上的安装杆12以及可调换组配在所述安装杆12上的质量块13，所述质量块13在所述安装杆12上的安装位置可调。

本发明中吸振装置的吸振原理在于，通过在运行时产生振动的飞轮23或者受飞轮23影响产生振动的敏感载荷24上附加以安装杆12及质量块13形式吸振组件的质量-弹簧系统，当附加质量-弹簧系统的固有频率与飞轮23激励频率接近时，激励频率使得吸振组件与其共振，由此可将飞轮23的振动能量转移给吸振组件，从而达到降低飞轮23或者敏感载荷24微振动的吸振效应。

飞轮23运行时，在基座1上安装的每组吸振组件的固有频率对应于飞轮23在某种工作转速下所产生的激励频率，从而能够使多组吸振组件对应吸收飞轮23在不同工作状态下所产生的微振动能量。

通过在安装杆12上可调换组配的质量块13，以及结合质量块13在安装杆12上的安装位置可调，能够调整每组吸振组件的固有频率，从而使多组吸振组件的固有频率分别对应于飞轮23在不同工作转速或者不同状态下微振动的激励频率。

基于吸振组件固有频率可调的角度，本实施例中吸振组件所包括的安装杆12以及质量块13的结构形式均可进行调整，具体从安装杆12以及质量块13两个方面进行说明。

本实施例中的安装杆12包括质量以及尺寸均可调整的直杆，通过直杆的形式能够方便质量块13在安装杆12上的连接安装，质量以及尺寸均可调整方面主要体现在安装杆12的材质、直径以及长度上。在基座1上设置有与安装杆12对应的多个安装孔，该安装孔的直径与安装杆12的直径相对应。

具体地，同一基座1上安装杆12的直径可以相同，也可以不同；不同安装杆12之间的材质可以相同，也可以不同；安装杆12的参数与吸振组件固有频率之间的关系主要包括：直径越大，固有频率越高；质量越小，固有频率越高，在具体使用时可依据上述对应关系进行实际调整。

为了方便质量块13在安装杆12上的连接以及位置调整，本实施例中的安装杆12包括螺杆，质量块13的轴心上设置有螺纹通孔，通过螺纹连接的形式连接在螺杆上。同样，为了方便对于吸振组件固有频率的调整，质量块13的尺寸以及质量可调。具体地，可以基于相同的尺寸通过改变材质的形式调整质量块13的质量，或者通过同时改变尺寸、质量以及质量块13在螺杆上的安装位置来调整吸振组件的固有频率。质量块13的参数与吸振组件固有频率之间的关系主要包括：质量越小，固有频率越高；质量块13离基座1的长度越近，固有频率越高，在具体使用时可依据上述对应关系进行实际调整。

在安装过程中，需要使质量块13的轴心与螺杆的轴心重合，能够保证质量块13在螺杆上对振动能量进行可靠吸收，防止出现质量块13在螺杆上的偏振。

本发明中的质量块13为长方体或者圆柱体的规则柱状结构，结合质量块13的轴心与螺杆的轴心重合，能够在质量块13的轴向上对振动能量进行共轭吸收，保证了吸振效果。

从方便螺杆在基座1上安装的角度，安装孔内设置有螺纹，螺杆螺纹连接在安装孔中。通过该种设置方式，能够方便对相同直径不同长度螺杆的更换调整，以及时调节不同吸振组件的固有频率。

为了防止质量块13在螺杆上的松动，在螺杆上螺纹连接有用于紧固质量块13的螺母14，螺母14设置在质量块13的外侧端面上。通过螺母14将质量块13紧固连接在螺杆上，防止质量块13在运行过程中由于振动而从螺杆上的松动甚至脱落，结合将螺母14设置在质量块13的外侧端面上，方便了对质量块13安装位置的更改，利于对整体吸振组件的固有频率进行调整。

本发明中的卫星平台包括用于安装飞轮23或者敏感载荷24的结构板21，在其中一种设置形式中，基座1包括贴合连接在结构板21底面上的平面基板11，螺杆以及质量块13等吸振组件连接在平面基板11背对结构板21的侧壁上。通过设置将平面基板11与结构板21贴合连接，能够进行振动能量的有效传递，保证了吸振装置的减振效果。

从改变吸振组件的振动方向，在空间上增强减振效果的角度，另一种设置形式中基座1还包括倾斜支架15，倾斜支架15包括相对倾斜于卫星平台的斜面，以及两个垂直设置的支架平面，其中一个支架平面贴合连接在结构板21上，另一个支架平面垂直于卫星平台的结构板21，通过相互垂直的两个支架平面，能够增强倾斜支架15的稳固效果，保证能量传递路径的可靠稳定。

在上述两个支架平面之间的斜面上贴合设置有平面基板11，吸振组件设置在所述斜面上，以使安装杆12以及质量块13倾斜设置在倾斜支架15上。通过倾斜设置的形式，能够使质量块13以及安装杆12在倾斜方向上进行振动，从而能够进一步匹配飞轮23或者敏感载荷24的微振动方向，使吸振组件的减振效果得到明显提升。斜面与卫星平台之间的夹角可根据吸振效果进行调整，满足飞轮23或者敏感载荷24的具体减振要求。倾斜支架15的设置与否可视具体的安装空间以及减振效果综合考虑，这里不再赘述。

本发明中并不对产生振动的设备形式进行限定，可以为在运行过程中产生振动的飞轮23，如图3所示，在结构板21上连接有飞轮支架22以及安装在飞轮支架22上的飞轮23，飞轮23在运行过程中产生主动振动，通过吸振装置能够对工作状态下的飞轮23所产生的微振动进行吸收并减振。

除了上述飞轮23，如图4所示，本发明中的吸振装置还可作用于敏感载荷24，例如安装在结构板21上的高分辨率光学载荷等。通过将吸振装置连接在敏感载荷24上，能够将其他运行设备的振动对敏感载荷24带来的影响降到最低，保证敏感载荷24性能的可靠稳定。

通过本发明中的吸振装置，能够方便对于吸振组件固有频率的调整，并且适用于不同的设备类型，有效拓宽了卫星平台的应用范围。

本发明中的减振装置中，主要包括：

吸振组件安装基座1，用于固定螺杆和质量块13，并使多组吸振组件形成一个整体，同时连接倾斜支架15或结构板21；螺杆，用于连接质量块13，螺杆起到弹簧单元的作用，螺杆的尺寸包括长度以及直径需要匹配吸振要求；质量块13，与螺杆相连，起到质量单元的作用，质量块13大小可选择多种尺寸，需要匹配吸振要求；螺母14，用于质量块13与螺杆之间防止松动。

本发明中的吸振装置，主要包括以下优点：

不需要增加系统的结构刚度，只需要增加多组吸振组件即可进行有效减振，可大大减少结构的总质量；吸振组件质量轻、尺寸小、制造简单、成本低；每组吸振组件的固有频率可调，可在后期调试阶段调整，有较强的适应性；飞轮23可能存在多组工作转速，即产生不同工作频率的振动，吸振组件针对多种转速下的激励频率进行微振动抑制；相比主动振动控制系统，可靠性高。

本发明还提供了一种上述适用于卫星平台的吸振装置的使用方法，包括以下步骤：

根据飞轮23的振动频率，初步选择吸振组件的规格，包括大致选择螺杆的尺寸和质量块13的质量；

进行安装杆12以及质量块13等吸振组件的组装，并调整质量块13与安装杆12之间的组配，通过调整质量块13在螺杆上的连接高度，可以无级调节吸振组件的固有频率，将吸振组件的固有频率调至飞轮23的振动频率，通过实际试验效果，调节质量块13连接高度，必要时可更改质量块13大小；

视具体的减振效果，如果有必要可设置倾斜支架15或者调整倾斜支架15的斜面的倾斜角度，通常倾斜支架15形成一定的空间角，吸振效果会较好。

通过吸振组件与振动中的飞轮23产生共振，降低运行设备的微振动。

本发明中螺杆与质量块13的个数可以根据飞轮23使用要求更改，并不限于图中所示的4组，如飞轮23常用的工作转速只有2种，可以只选择2组螺杆质量块13。

本发明中的吸振装置的使用方法，吸振组件的固有频率可调，可在后期调试阶段调整，通过调整质量块13高度和质量块13大小实现；吸振装置可对飞轮23的多种激励频率进行微振动抑制，通过螺杆和质量块13的个数实现。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于卫星平台的吸振装置，其特征在于，包括：基座，所述基座连接在所述卫星平台上，所述卫星平台安装有振动设备和敏感载荷；

所述基座上设置有多组吸振组件，每组吸振组件包括连接在所述基座上的安装杆以及可调换组配在所述安装杆上的质量块，所述质量块在所述安装杆上的安装位置可调；

所述基座包括贴合在所述卫星平台上的平面基板，所述吸振组件设置在所述平面基板背对所述卫星平台的侧部；或者，

所述基座包括倾斜支架，所述倾斜支架包括相对倾斜于所述卫星平台的斜面，所述吸振组件设置在所述斜面上；

所述质量块为长方体或圆柱体的规则柱状结构，所述质量块的轴心与所述安装杆的轴心重合。

2.根据权利要求1所述的吸振装置，其特征在于，所述安装杆包括质量以及尺寸均可调整的直杆，所述基座上设置有与所述安装杆对应的多个安装孔。

3.根据权利要求2所述的吸振装置，其特征在于，所述安装杆包括螺杆，所述质量块螺纹连接在所述螺杆上，且所述质量块的尺寸以及质量可调。

4.根据权利要求3所述的吸振装置，其特征在于，所述安装孔内设置有螺纹，所述螺杆螺纹连接在所述安装孔中。

5.根据权利要求3所述的吸振装置，其特征在于，所述螺杆螺纹连接有用于紧固所述质量块的螺母，所述螺母设置在所述质量块的外侧端面上。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的吸振装置，其特征在于，所述振动设备包括工作状态下的飞轮。

7.一种权利要求1-6中任一项所述的适用于卫星平台的吸振装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据振动设备的振动频率，选择吸振组件的规格；

进行吸振组件的组装，并调整质量块与安装杆之间的组配，将吸振组件的固有频率调至振动设备的振动频率；

通过吸振组件与振动中的振动设备产生共振，降低系统的微振动。

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