CN116243450A - 一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置 - Google Patents

Abstract

一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置，包括三组沿圆周均布的阻尼桁架组件；每组阻尼桁架组件为一个倒置的V型结构，每组阻尼桁架组件的顶座与反射镜的安装平面通过螺栓连接，两个底座固定在光学组件的安装板上。通过三处顶座将大口径反射镜与结构进行胶结；通过6处底座与光学组件的安装板连接固定；通过基层板弹簧进行初步吸收环境中的振动；通过阻尼橡胶进一步吸振，实现消热减振功能，并与关节杆结构共同提供6个方向上自由度释放。本发明满足高频、低频、微振动等复杂环境应用的反射镜支撑需求，能综合控制基底位移和上部结构响应加速度，整体结构简单，空间利用率高。

Description

一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置

技术领域

本发明属于空间光学遥感器光机结构领域，具体涉及一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置。

背景技术

随着遥感卫星分辨率日益提高，卫星对成像质量的需求越来越高，星上活动部件(动量轮、CMG等高速转动部件、太阳翼驱动机构等步进部件、红外相机摆镜等摆动部件)引起的微振动对成像质量的影响也越来越显著，微振动抑制成为保障成像质量的必要措施。隔震支撑装置是现代光学系统的核心关键元件，其隔震频率范围和稳定性决定了整个光学系统的性能指标能否满足设计指标。

为避免低频微振动激励下基础隔震结构产生过大的隔震层位移，常需在隔震层增设传统阻尼器(如油阻尼器、金属屈服阻尼器等)，然而在高频振源，如制冷机、飞轮等激励下，过多的传统阻尼器有可能产生过大的阻尼力，从而导致阻尼器连接的上部结构响应加速度的增加。为改进传统隔震系统(隔震支座和传统阻尼器组合)对激励频率敏感性高这一不足，有必要研发新型高性能减震装置，满足在不同频率范围的微振动激励下，均能综合控制隔震结构基底位移和上部结构响应加速度的技术需求。传统的阻尼减震装置主要可分为速度型和位移型两种类型，其中：速度型阻尼器提供的阻尼力与速度相关，在高频微振动激励下产生的阻尼力可能过大；位移型阻尼器主要利用材料的屈服实现耗能减震作用，但存在变形小于屈服位移时不耗能、当变形远超过屈服位移时其等效阻尼比将随着变形增加而减小的不足。

除了减震装置外，在反射镜的背面安装粘弹性阻尼结构是一种被普遍认可的方法。由于这种形式的阻尼结构具有很高的灵活性，安装简便，能适应不同形状的结构，可在卫星结构定型后实施，局部减振效果明显，特别适于航天器定型后的减振处理。2004年，应用附加约束阻尼层减振措施成功应用于风云2号气象卫星轴向发动机上，并在轨正常运行。粘弹性阻尼还被成功应用96年发射的

卫星上。但是粘弹性材料刚度和阻尼性能不高，其结构阻尼仅在0.2～0.5范围内，使用温差要求不大于50℃，在相机光学结构中推广应用的难度相对较大。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有光学反射镜隔震技术微振动抑制能力不足，提供一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置，满足高频、低频、微振动等复杂环境应用的反射镜支撑需求，能综合控制基底位移和上部结构响应加速度，整体结构简单，空间利用率高。

为了达到上述的目的，本发明提供一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置，包括三组沿圆周均布的阻尼桁架组件；

每组阻尼桁架组件为一个倒置的V型结构，包括两个底座、一个顶座、两根支撑杆、两个关节杆A、一个关节杆B、一个关节杆C和两个减震套筒，每根支撑杆外侧套有一个减震套筒，形成一个支撑主体，其中一个支撑主体一端通过一个关节杆A与一个底座连接，另一端通过关节杆C与顶座连接；另一个支撑主体一端通过另一个关节杆A与另一个底座连接，另一端通过关节杆B与顶座连接；

每组阻尼桁架组件的顶座与反射镜的安装平面通过螺栓连接，两个底座固定在光学组件的安装板上。

优选的，减震套筒包括转接座、减震层和支撑筒，转接座套装在支撑杆上部，减震层安装在支撑杆下部外围，支撑筒套在减震层外侧；支撑筒和转接座通过螺纹连接。

优选的，减震层的高度为支撑杆高度的5/6，转接座的高度为支撑杆高度的1/6。

优选的，减震层由内螺母、外螺母和减震阵列组成，减震阵列两端通过内螺母、外螺母紧固。

优选的，其中，所述减震阵列共三组，分别位于减震套筒的上、中、下部；

每组减震阵列包括若干减震单元，每个减震单元包括基层板弹簧、约束铝层和阻尼胶层，阻尼胶层设在基层板弹簧和约束铝层之间；

每个减震单元中心开孔，用于套装在支撑杆上。

优选的，基层板弹簧的外圆和中心均设有凸柱，所述凸柱用于套住阻尼胶层，阻尼胶层通过基层板弹簧外圆凸柱和约束铝层锁紧固定，其中基层板弹簧中心的凸柱有与套筒中心同轴的穿孔。

优选的，阻尼胶层中心加工有圆孔，周边圆周均布三个圆孔，中心圆孔与周边圆周上的圆孔之间加工有三条弧线间隙。

优选的，所支撑的光学反射镜的口径≥Ф1200mm。

与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：

(1)本发明采用在航天工程领域中应用较广的金属橡胶为阻尼材料，从而增强了大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置的耐高低温、腐蚀、老化等能力，提高减振器的使用寿命，扩宽了减振器的应用领域。

(2)本发明大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置在结构方面采用了减震阵列，其结构简单，空间利用率高。

(3)额定载荷下的减振器可实现长度、宽度和高度三个方向的等刚度减振和阻尼耗能；本产品可用作设备的减振，既适用于大口径反射镜支撑等遥感光学领域，又能广泛应用于通信、导航卫星等对振动抑制作用需求明显的领域。

附图说明

图1是本发明大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置的装配示意图；

图2是本发明减震套筒3内部结构示意图；

图3是本发明基层板弹簧13、阻尼胶层12、约束铝层11结构示意图；

图4是本发明阻尼胶层示意图；

图中附图标记为：1-阻尼桁架组件，2-顶座，3-减震套筒，4-底座，5-关节杆B，6-关节杆C，7-支撑杆，8-减震阵列，9-支撑筒，10-关节杆A，11-约束铝层，12-阻尼胶层，13-基层板弹簧。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明原理：通过三处顶座将大口径反射镜与结构进行胶结；通过6处底座与光学组件的安装板连接固定；通过基层板弹簧进行初步吸收环境中的振动；通过阻尼橡胶进一步吸振，实现消热减振功能，并与关节杆结构共同实现提供6个方向上自由度释放，通过销钉结构与安装基础进行精准定位。

如图1-3所示，本发明大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置，包括三组圆周均布的阻尼桁架组件1。

阻尼桁架组件1为一个倒置的V型结构，由底座4、顶座2、支撑杆7、关节杆A10、关节杆B 5、关节杆C 6和减震套筒3组成，所述底座4与关节杆A10相连、顶座2与关节杆B5、关节杆C6相连。

每根支撑杆7外侧套有一个减震套筒3，形成一个支撑主体，其中一个支撑主体一端通过一个关节杆A10与一个底座4连接，另一端通过关节杆C 6与顶座2连接；另一个支撑主体一端通过另一个关节杆A10与另一个底座4连接，另一端通过关节杆B 5与顶座2连接。每组阻尼桁架组件1的顶座2与反射镜的安装平面通过螺栓连接，两个底座4固定在光学组件的安装板上。

减震套筒3包括转接座、减震层和支撑筒，转接座套装在支撑杆上部，减震层安装在支撑杆7下部外围，支撑筒套在减震层外侧。减震层的高度为支撑杆7高度的5/6，转接座的高度为支撑杆7高度的1/6。

减震层由内螺母、外螺母和减震阵列8组成。减震阵列8共三组，分别位于减震套筒3的上、中、下部，由内螺母、外螺母紧固。每组减震阵列包括若干减震单元，每个减震单元包括基层板弹簧13、约束铝层11和阻尼胶层12，阻尼胶层12设在基层板弹簧13和约束铝层11之间；每个减震单元中心开孔，用于套装在支撑杆上。

每组减震阵列由30组减震单元。

减震阵列8包含的减震单元组数可根据减震频率范围要求进行调节。

基层板弹簧13的外圆和中心均设有凸柱，所述凸柱用于套住阻尼胶层12，阻尼胶层12通过外圆的凸柱和约束铝层11锁紧固定，其中位于基层板弹簧13中心的凸柱有与套筒中心同轴的穿孔。

上述阻尼胶层12的厚度为0.3mm，中心为大圆孔，周边圆周均布三个小圆孔，大圆孔与小圆孔中间还有三条弧线间隙。如图4所示。

安装时，先通过约束铝层11将阻尼胶层12固定在基层板弹簧13上，再通过内螺母和外螺母紧固30层约束铝层11、阻尼胶层12、基层板弹簧13到支撑杆7上；然后将另外2组30层约束铝层11、阻尼胶层12、基层板弹簧13也通过内螺母和外螺母进行安装：将支撑杆7的一端紧固在关节杆A10上，另一端紧固在转接座内，通过旋进支撑筒锁紧转接座，使约束铝层11、阻尼胶层12、基层板弹簧13向中央移动，进行压制锁紧定位；关节杆B 5、关节杆C 6与转接座紧固，最后将关节杆A10与底座4连接，关节杆B 5、关节杆C 6与顶座2连接固定。

所支撑的光学反射镜的口径≥Ф1200mm。

进一步的，装配完后的每组阻尼桁架组件1的顶座2与反射镜的安装平面通过螺栓连接，两个底座4固定在光学组件的安装板上。阻尼桁架组件1在承受额定载荷后，其V型开口的角度呈96度，此时额定载荷下的阻尼桁架组件1在受到外部载荷时实现长度、宽度和高度三个方向的等刚度减振，同时阻尼桁架组件1内部阻尼胶层12、基层板弹簧13、约束铝层11起到三个方向的阻尼耗能作用。

本发明针对空间光学相机大口径反射镜的多向载荷和复杂服役环境的减振问题，设计了一款高阻尼隔震支撑装置，该高阻尼隔震支撑装置由约束铝层11、阻尼胶层12、基层板弹簧13和其它金属连接部件装配而成，是一种可满足高频、低频、微振动等复杂环境应用的金属/橡胶复合减振装置；它采用阻尼胶层12、基层板弹簧13、约束铝层11作为减隔振核心元件，其整体结构简单，空间利用率高；在承受额定载荷后，每个V型开口夹角为96度，以此实现减振器的长度、宽度和高度三个方向的等刚度减振要求；额定载荷下的减振器在受多向载荷时，其内部的阻尼胶层12、基层板弹簧13、约束铝层11阻尼元件可以起到三向的阻尼耗能减振作用；另外为防止高阻尼隔震支撑装置过载，阻尼胶层12、基层板弹簧13、约束铝层11或塑性变形，对高阻尼隔震支撑装置设计了限位结构，保证减振弹簧工作在弹性范围内。

本发明已以技术方案的形式公开如上，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置，其特征在于，包括三组沿圆周均布的阻尼桁架组件(1)；

每组阻尼桁架组件(1)为一个倒置的V型结构，包括两个底座(4)、一个顶座(2)、两根支撑杆(7)、两个关节杆A(10)、一个关节杆B(5)、一个关节杆C(6)和两个减震套筒(3)，每根支撑杆(7)外侧套有一个减震套筒(3)，形成一个支撑主体，其中一个支撑主体一端通过一个关节杆A(10)与一个底座(4)连接，另一端通过关节杆C(6)与顶座(2)连接；另一个支撑主体一端通过另一个关节杆A(10)与另一个底座(4)连接，另一端通过关节杆B(5)与顶座(2)连接；

每组阻尼桁架组件(1)的顶座(2)与反射镜的安装平面通过螺栓连接，两个底座(4)固定在光学组件的安装板上。

2.根据权利要求1所述的一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置，其特征在于，减震套筒(3)包括转接座、减震层和支撑筒，转接座套装在支撑杆上部，减震层安装在支撑杆(7)下部外围，支撑筒套在减震层外侧；支撑筒和转接座通过螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置，其特征在于，减震层的高度为支撑杆(7)高度的5/6，转接座的高度为支撑杆(7)高度的1/6。

4.根据权利要求2所述的一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置，其特征在于，减震层由内螺母、外螺母和减震阵列(8)组成，减震阵列(8)两端通过内螺母、外螺母紧固。

5.根据权利要求4所述的一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置，其特征在于，其中，所述减震阵列(8)共三组，分别位于减震套筒(3)的上、中、下部；

每组减震阵列包括若干减震单元，每个减震单元包括基层板弹簧(13)、约束铝层(11)和阻尼胶层(12)，阻尼胶层(12)设在基层板弹簧(13)和约束铝层(11)之间；

每个减震单元中心开孔，用于套装在支撑杆上。

6.根据权利要求5所述的一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置，其特征在于，基层板弹簧(13)的外圆和中心均设有凸柱，所述凸柱用于套住阻尼胶层(12)，阻尼胶层(12)通过基层板弹簧(13)外圆凸柱和约束铝层(11)锁紧固定，其中基层板弹簧(13)中心的凸柱有与套筒中心同轴的穿孔。

7.根据权利要求6所述的一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置，其特征在于，阻尼胶层(12)中心加工有圆孔，周边圆周均布三个圆孔，中心圆孔与周边圆周上的圆孔之间加工有三条弧线间隙。

8.根据权利要求1所述的一种大口径反射镜高阻尼隔震支撑装置，其特征在于，所支撑的光学反射镜的口径≥Ф1200mm。

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