CN115325089A - 一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，包括：金属转接支架、蜂窝夹层结构板和颗粒阻尼器。减冲击装置设置于火工品与电气设备安装位置之间，用于对火工品起爆时产生的冲击应力波进行衰减，降低到达电气设备处的冲击条件。可在航天器上太阳电池阵与舱体间的狭小空间内进行安装，通过颗粒阻尼耗能特性和增加应力波传递路径复杂度来衰减冲击能量，为刚性连接形式，不降低连接刚度，不影响安装精度。

Description

一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置

技术领域

本发明涉及一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置,属于航天器减振设计领域，应用于火工品连接位置的减冲击。

背景技术

火工品是实现航天器活动位置连接、分离功能的关键部件，不可或缺。但火工品起爆时产生的瞬态、高频、高量级冲击环境容易损坏设备内部结构或电子器件，严重时会导致航天任务失败。限于航天器布局空间限制，无法避免全部设备远离火工品安装，而且由于安装精度、热控、低频振动适应性等要求，设备需要紧贴结构安装，不能通过减振垫进行冲击抑制。这造成了有限空间内，设备刚性连接的传统方式与降低冲击响应需求之间的矛盾。

发明内容

本发明的目的在于：克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，在局部小空间内完成对冲击的衰减。在不损失连接刚度、安装精度的情况下，在不影响导热设计的情况下，实现对冲击能量的衰减。该发明可以与航天器总体布局、结构、热控设计解耦，不影响承载能力，具有较好的应用前景。

本发明所采用的技术方案是：

一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，包括：金属转接支架、蜂窝夹层结构板和颗粒阻尼器；金属转接支架外侧与安装火工品的支架连接，周边通过螺钉与蜂窝夹层结构板连接，蜂窝夹层结构板中部与平台结构连接；蜂窝夹层结构板内有多个蜂窝腔体；颗粒阻尼器由若干不锈钢颗粒和聚酰胺薄膜组成，封装为袋装整体组件，在蜂窝夹层结构板生产过程中填充至内部，每个蜂窝腔体中放置一个颗粒阻尼器。

进一步的，金属转接支架、蜂窝夹层结构板和颗粒阻尼器形成整体减冲击装置，安装于火工品和平台结构之间，降低火工品解锁时传到平台结构上设备的冲击响应。

进一步的，减冲击装置整体为扁平构型，不会导致安装在其上面的产品设备突出卫星本体过长而超出包络限制；火工品起爆时，冲击载荷作用于金属转接支架中间区域连接点，再扩散至金属转接支架周边连接点，再传导至蜂窝夹层结构板中间区域连接点，达到冲击衰减的效果。

进一步的，金属转接支架与蜂窝夹层结构板仅通过周边点式连接，金属转接支架与蜂窝夹层结构板相对的表面为凹陷式结构，使金属转接支架与蜂窝夹层结构板之间仅在螺钉安装位置有接触，避免应力波通过其它位置直接传递。

进一步的，金属转接支架、蜂窝夹层结构板的材料不同，利用不同材料实现连接位置机械阻抗不配备的特性对冲击能量进行衰减；蜂窝夹层结构板为蜂窝夹层结构，由两面的金属蒙皮与中间的铝蜂窝材料胶接而成。

进一步的，颗粒阻尼器布局方式为：包围蜂窝夹层结构板中间区域连接点，隔断传力路径，使冲击应力波直接作用于颗粒阻尼器。

进一步的，环绕蜂窝夹层结构板中间区域连接点，颗粒阻尼器至少排列两圈，在重量允许情况下，可以增加圈数。

进一步的，颗粒阻尼器的包络尺寸根据蜂窝夹层结构板内部的蜂窝腔尺寸设计，高度低于蜂窝夹层结构板厚度2mm，在蜂窝夹层结构板一侧蒙皮未黏贴时安装在其内部后随蜂窝夹层结构板一起完成后续生产工序。

进一步的，颗粒阻尼器中的不锈钢颗粒直径为2mm，通过聚酰胺薄膜封装，不锈钢颗粒装填率90％以上，聚酰胺薄膜上设置放气孔，避免进入真空环境后膨胀破裂。

进一步的，金属转接支架采用铝合金材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明中一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，无需增加减振垫结构，不影响连接刚度，能够保证连接精度，能够在低频到高频的各类减振设计中应用，适用范围广。

(2)本发明中一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，颗粒阻尼器可以与航天器蜂窝夹层板结构进行一体化设计，布局上避开蜂窝夹层板内的热管结构，不影响导热设计。

(3)本发明中一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，无需通过增加串联结构数量的方式来增加冲击传力路径长度和提升连接机械阻抗，颗粒阻尼器设置在蜂窝结构板内部，占用空间小，有利于在不改变原有设计方案基础上增加该减冲击装置。

(4)本发明中一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，为无源结构件产品，采用金属颗粒阻尼减振措施，内部和外部连接均通过螺接实现，连接可靠性高，拆装方便，相对柔性减振连接，可靠性更高。

(5)本发明减冲击装置设置于火工品与电气设备安装位置之间，用于对火工品起爆时产生的冲击应力波进行衰减，降低到达电气设备处的冲击条件。可在航天器上太阳电池阵与舱体间的狭小空间内进行安装，为刚性连接形式，不降低连接刚度，不影响安装精度。且本发明装置通过设置颗粒阻尼、增长应力波传播距离、增多结构连接位置等方式，消耗火工品起爆产生的冲击能量，降低到电气设备位置的冲击响应。本发明装置能够与航天器总体布局、结构、热控设计解耦，不影响承载能力，不改变原有技术性能，适用性强。

附图说明

下面结合附图对发明作进一步说明：

图1为本发明所述颗粒阻尼式刚性减冲击装置安装示意图；

图2为本发明所述颗粒阻尼式刚性减冲击装置总体示意图；

图3为本发明所述颗粒阻尼式刚性减冲击装置组成剖视图；

图4为本发明所述蜂窝夹层结构板内部颗粒阻尼器布置图；

图5为本发明所述颗粒阻尼器组成图。

具体实施方式

本发明提出一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，设置于火工品与电气设备安装位置之间，用于对火工品起爆时产生的冲击应力波进行衰减，降低到达电气设备处的冲击条件。可在航天器上太阳电池阵与舱体间的狭小空间内进行安装，通过颗粒阻尼耗能特性和增加应力波传递路径复杂度来衰减冲击能量，为刚性连接形式，不降低连接刚度，不影响安装精度。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，该实施例用于对航天器太阳电池阵火工品解锁时减冲击。

参考图1，图1为本发明所述颗粒阻尼式刚性减冲击装置安装示意图，由金属转接支架1、蜂窝夹层结构板2和颗粒阻尼器3组成，安装于太阳电池火工品支架与平台舱板之间。颗粒阻尼式刚性减冲击装置一侧通过金属转接支架1与太阳电池阵安装火工品的支架连接，减冲击装置另一侧通过设置在蜂窝夹层结构板中间位置的连接孔与平台舱板结构连接，可以降低火工品解锁时传到平台舱板上设备的冲击响应。该实施例通过试验证明冲击响应降低了80％以上。

参考图2，图2为本发明所述颗粒阻尼式刚性减冲击装置总体示意图，占用空间小，该实施例体积为200mm×150mm×40mm，局部剖视显示蜂窝夹层结构板2内部的颗粒阻尼器3安装情况。金属转接支架1与蜂窝夹层结构板2通过外侧周向螺钉连接，颗粒阻尼器3预先埋置在蜂窝夹层结构板2内部。颗粒阻尼式刚性减冲击装置整体为扁平构型，安装该装置不会导致太阳电池阵位置抬升使其凸出卫星本体包络限制。金属转接支架1采用铝合金材料制造、蜂窝夹层结构板2为航天常用的蜂窝夹层结构，由两面的金属蒙皮201与中间的铝蜂窝材料202胶接而成，能够利用不同材料和不同结构形式连接，达到对冲击能量进行衰减的效果。

参考图3，图3为本发明所述颗粒阻尼式刚性减冲击装置组成分解图，金属转接支架1与蜂窝夹层结构板2由两面的金属蒙皮201与中间的铝蜂窝材料202胶接而成相对的表面为凹陷式结构，周向采用螺钉局部点式连接，火工品解锁时传力路径如图中箭头所示，通过构型设计衰减冲击能量。

参考图4，图4为本发明所述蜂窝夹层结构板内部颗粒阻尼器布置图，在蜂窝夹层结构板2内部的蜂窝腔中安装颗粒阻尼器3，实现阻尼结构与承力结构一体化设计，能够节省空间。颗粒阻尼器3布局时需要包围蜂窝夹层结构板2中间区域连接点，隔断冲击应力波由外围连接点向中间连接点的传播路径，使振动能够直接作用于颗粒阻尼器3，利用其中的不锈钢颗粒碰撞和摩擦损耗振动能量。环绕蜂窝夹层结构板2中间区域连接点，颗粒阻尼器3至少排列两圈，在重量允许情况下，可以增加圈数。提升耗能效果。

参考图5，图5为本发明所述颗粒阻尼器3组成图，颗粒阻尼器3由若干不锈钢颗粒301和聚酰胺薄膜302组成，封装为袋装整体组件，在蜂窝夹层结构板2生产过程中填充至内部，每个蜂窝腔体中放置一个颗粒阻尼器3。不锈钢颗粒301直径约为2mm，利用能够适应空间环境的聚酰胺薄膜302封装而成，不锈钢颗粒301装填率95％，为不锈钢颗粒301受到振动时预留碰撞、摩擦的运动空间，聚酰胺薄膜302上设置放气孔，避免进入真空环境后膨胀破裂。颗粒阻尼器3的包络尺寸根据蜂窝夹层结构板2内部的蜂窝腔尺寸设计，高度低于蜂窝夹层结构板2厚度约2mm，在蜂窝夹层结构板2一侧蒙皮未黏贴时安装在其内部后随蜂窝夹层结构板2一起完成后续生产工序。

颗粒阻尼器3由若干小不锈钢珠301采用耐空间环境的聚酰胺薄膜302封装而成，与蜂窝夹层结构板2内的蜂窝空隙进行一体化赋形设计，封装在蜂窝夹层结构板内部。该装置通过金属转接支架与火工品安装结构连接，另一侧通过设置在蜂窝夹层结构板中间位置的连接孔与平台舱板结构连接，颗粒阻尼器3分布于蜂窝夹层结构板2内，处于冲击应力的传力路径上，可以利用不锈钢珠301碰撞和摩擦耗能。同时，金属转接支架1与蜂窝夹层结构板2仅在连接点位置接触，且两种结构形式和材料不同，各螺钉连接点错位布局，可以延长冲击应力波的传播路径和过结构安装面的机械阻抗，能够进一步起到减冲击的作用。

本发明的一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，占用空间小、连接刚度高，蜂窝夹层结构板可与航天器结构箱板一体设计，也可与其紧密贴合安装，其内部可以根据需求预设热管，不影响热控设计。采用了无源被动减振方式，具有普适性强、寿命长、可靠性高的特点，可应用于航天器多种火工品连接结构中。

本发明提供一种利用颗粒阻尼特性进行减冲击的方式，通过一体化结构设计，可以实现在小空间内、以刚性连接方式达到减振目的。与未采取减振措施相比，到达相同位置处的冲击响应可衰减70％以上。本发明提供的减冲击连接方式，可以在太阳电池阵与舱体之间的狭小间隙内实施。利用航天领域常用的蜂窝夹层结构内的蜂窝腔空间填充细小颗粒，通过颗粒的碰撞和摩擦过程实现减振。本发明内外连接接口均为刚性连接，不损失连接刚度，有利于精度保持和导热设计，在航天器减冲击设计方面具有较好的应用前景。

以上为本发明的一个典型实施例，但本发明的实施不限于此。其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，但不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，其特征在于，包括：金属转接支架(1)、蜂窝夹层结构板(2)和颗粒阻尼器(3)；金属转接支架(1)外侧与安装火工品的支架连接，周边通过螺钉与蜂窝夹层结构板(2)连接，蜂窝夹层结构板(2)中部与平台结构连接；蜂窝夹层结构板(2)内有多个蜂窝腔体；颗粒阻尼器(3)由若干不锈钢颗粒(301)和聚酰胺薄膜(302)组成，封装为袋装整体组件，在蜂窝夹层结构板(2)生产过程中填充至内部，每个蜂窝腔体中放置一个颗粒阻尼器(3)。

2.根据权利要求1所述的一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，其特征在于：金属转接支架(1)、蜂窝夹层结构板(2)和颗粒阻尼器(3)形成整体减冲击装置，安装于火工品和平台结构之间，降低火工品解锁时传到平台结构上设备的冲击响应。

3.根据权利要求1所述的一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，其特征在于：减冲击装置整体为扁平构型，不会导致安装在其上面的产品设备突出卫星本体过长而超出包络限制；火工品起爆时，冲击载荷作用于金属转接支架(1)中间区域连接点，再扩散至金属转接支架(1)周边连接点，再传导至蜂窝夹层结构板(2)中间区域连接点，达到冲击衰减的效果。

4.根据权利要求3所述的一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，其特征在于：金属转接支架(1)与蜂窝夹层结构板(2)仅通过周边点式连接，金属转接支架(1)与蜂窝夹层结构板(2)相对的表面为凹陷式结构，使金属转接支架(1)与蜂窝夹层结构板(2)之间仅在螺钉安装位置有接触，避免应力波通过其它位置直接传递。

5.根据权利要求1所述的一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，其特征在于：金属转接支架(1)、蜂窝夹层结构板(2)的材料不同，利用不同材料实现连接位置机械阻抗不配备的特性对冲击能量进行衰减；蜂窝夹层结构板(2)为蜂窝夹层结构，由两面的金属蒙皮(201)与中间的铝蜂窝(202)材料胶接而成。

6.根据权利要求1所述的一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，其特征在于：颗粒阻尼器(3)布局方式为：包围蜂窝夹层结构板(2)中间区域连接点，隔断传力路径，使冲击应力波直接作用于颗粒阻尼器(3)。

7.根据权利要求6所述的一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，其特征在于：环绕蜂窝夹层结构板(2)中间区域连接点，颗粒阻尼器(3)至少排列两圈，在重量允许情况下，可以增加圈数。

8.根据权利要求6或7所述的一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，其特征在于：颗粒阻尼器(3)的包络尺寸根据蜂窝夹层结构板(2)内部的蜂窝腔尺寸设计，高度低于蜂窝夹层结构板(2)厚度2mm，在蜂窝夹层结构板(2)一侧蒙皮未黏贴时安装在其内部后随蜂窝夹层结构板(2)一起完成后续生产工序。

9.根据权利要求1所述的一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，其特征在于：颗粒阻尼器(3)中的不锈钢颗粒(301)直径为2mm，通过聚酰胺薄膜(302)封装，不锈钢颗粒(301)装填率90％以上，聚酰胺薄膜(302)上设置放气孔，避免进入真空环境后膨胀破裂。

10.根据权利要求1所述的一种小型颗粒阻尼式刚性减冲击装置，其特征在于：金属转接支架(1)采用铝合金材料。

Images