CN1824579A - 航天器的整体隔振平台 - Google Patents

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郑钢铁
刘丽坤
梁鲁
何玲
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Abstract

航天器的整体隔振平台，涉及一种航天器上使用的隔振、减振装置。针对现阶段为了保证航天器的发射成功而必须大幅度增加航天器质量的问题，本发明所述航天器的整体隔振平台在航天器连接端框(1)和运载火箭连接端框(2)之间安装弹性元件(3)和阻尼元件(4)。使用本发明所述航天器的整体隔振平台对于航天器的整体重量没有显著增加，可以不加大航天器在整流罩内的横向摆动，不显著影响全箭的振动模态。在航天器与运载火箭的连接部位设置本发明所述隔振平台后，传到航天器底部的振动将明显减弱，因此，所述隔振平台可以有效、经济、可靠地改善航天器发射过程中的整体动力学环境。

Description

航天器的整体隔振平台
技术领域
本发明涉及一种航天器上使用的隔振、减振装置。
背景技术
在航天器的整个工作寿命中，与在轨飞行状态相比，航天器在火箭发射过程中所处的动力学环境最为恶劣，因此，保证航天器能够在发射过程的力学环境中生存下来是当前航天器结构强度设计所进行的主要努力。通常的做法是提高航天器本身的强度，其代价是增加航天器的质量，从而使发射费用增加，而增加的质量在航天器在轨正常运行中是没有用的。航天器接收到的振动载荷主要来源于运载火箭发动机振动、运载火箭整流罩与大气摩擦产生的气动载荷，并通过连接件传递至航天器。现有星箭连接件主要起到承载作用，而没有考虑到减振的需要，通常具有较大的刚度，导致绝大部分的振动载荷不经衰减直接传递至航天器，从而影响航天器的工作。
发明内容
针对现阶段为了保证航天器的发射成功而必须大幅度增加航天器质量的问题，本发明提供一种无需显著增加航天器质量却仍然可以保证航天器发射成功的航天器的整体隔振平台。航天器的整体隔振平台，它包括航天器连接端框1、运载火箭连接端框2，所述航天器连接端框1和运载火箭连接端框2之间安装弹性元件3和阻尼元件4，所述弹性元件3和阻尼元件4的端头分别与航天器连接端框1、运载火箭连接端框2连接。使用时，可以用本发明所述航天器的整体隔振平台替代原有的连接部件，也可以将所述隔振平台插在在航天器与运载火箭之间，都可以经济、可靠地改善航天器发射过程中的整体动力学环境。航天器接收到的振动载荷具有很宽的频带，所以在运载火箭和航天器之间安装本发明所述隔振平台后，弹性元件对载荷可以起到“低通滤波器”的作用，“阻断”高频载荷的传递路径，使高频载荷充分衰减；阻尼元件能够有效吸收振动能量，抑制低频、大幅值载荷。这样，隔振平台在很宽的频带内都能起到隔振、抑振的作用，进而改善了航天器发射过程中的动力学环境。安装本发明所述平台对于航天器的整体重量没有显著增加，可以不加大航天器在整流罩内的横向摆动，不显著影响全箭的振动模态。在航天器与运载火箭的连接部位设置本发明所述隔振平台后，传到航天器底部的振动将明显减弱，因此，所述隔振平台可以有效、经济、可靠地改善航天器发射过程中的整体动力学环境。作为环境改善的延伸，航天器结构和仪器设计可以由此降低强度指标，从而实现结构重量降低。此外，一些在航天器上，一些以前由于载荷超标而无法采用的精密元件，现在也可以得到应用。
附图说明
图1是具体实施方式二所述结构示意图，图2是具体实施方式五所述结构示意图，图3是利用计算机仿真获得从火箭起飞时刻到一级分离时刻，隔振平台底部和顶部的加速度时间历程示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式涉及一种航天器的整体隔振平台，它包括航天器连接端框1、运载火箭连接端框2，所述航天器连接端框1和运载火箭连接端框2之间安装弹性元件3和阻尼元件4，所述弹性元件3和阻尼元件4的端头分别与航天器连接端框1、运载火箭连接端框2连接。
本发明所述航天器连接端框1、运载火箭连接端框2为连接部件，因此用刚度较大材料制成；工作的时候，在振动载荷作用下，弹性元件3进行弹性变形，阻尼元件4变形消耗振动能量，从而减少航天器承受的振动载荷，改善航天器整体的动力学环境。使用时，可以根据航天器的动力学参数和隔振要求确定弹性元件3和阻尼元件4的布置方式。
具体实施方式二：本实施方式所述弹性元件3和阻尼元件4的两端分别通过球轴承或柔性铰5与航天器连接端框1和运载火箭连接端框2进行连接。参照图1，本实施方式所述弹性元件3和阻尼元件4间隔设置，阻尼元件4是磁流变阻尼器或电磁涡流阻尼器或流体阻尼器。通过球轴承或柔性铰连接可以保证阻尼器只受轴向力作用。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同之处在于，所述弹性元件3和阻尼元件4为一体结构，它的两端通过球轴承或柔性铰5与航天器连接端框1和运载火箭连接端框2进行连接。本实施方式所述弹性元件3和阻尼元件4通过金属橡胶实现。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同之处在于，所述弹性元件3为弹簧，阻尼元件4是流体阻尼器，元件3与元件4通过同轴安装构成一体。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二、三、四不同之处在于，所述弹性元件3是由弹性材料制成的与航天器连接端框1和运载火箭连接端框2一致的环形，参照图2，所述弹性元件3分别与航天器连接端框1和运载火箭连接端框2之间通过支杆6连接，与支杆6同时并联的有阻尼元件4。本实施方式中，航天器连接端框1、运载火箭连接端框2及支杆6都是连接件，所以都用刚度较大的材料制成，弹性元件3用弹性较大的材料制成。所述阻尼元件4是磁流变阻尼器或电磁涡流阻尼器或流体阻尼器，或现有的任何一种阻尼器，在振动载荷作用下，主要是环形弹性元件3进行变形，阻尼元件4变形消耗振动能量，从而减少航天器承受的振动载荷，改善航天器整体的动力学环境。阻尼元件4与各环之间通过柔性铰或球轴承连接从而保证阻尼器只受轴向力作用。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同之处在于，所述阻尼元件4是隔振垫，隔振垫通过焊接、铰接或胶粘的方式与航天器连接端框1和运载火箭连接端框2进行连接。
具体实施方式七：本实施方式与具体施方式五、六的不同之处在于，其中弹性元件3的层数为两层、三层、四层、五层、六层及以上多层，根据满足不同发射任务进行调整，相邻两层弹性元件3之间通过支杆6进行连接，与支杆6并联的有阻尼元件4。

Claims (7)

1.一种航天器的整体隔振平台，其特征在于它包括航天器连接端框(1)、运载火箭连接端框(2)，所述航天器连接端框(1)和运载火箭连接端框(2)之间安装弹性元件(3)和阻尼元件(4)，所述弹性元件(3)和阻尼元件(4)的端头分别与航天器连接端框(1)、运载火箭连接端框(2)连接。
2.根据权利要求1所述的航天器的整体隔振平台，其特征在于所述弹性元件(3)和阻尼元件(4)的两端分别通过球轴承或柔性铰(5)与航天器连接端框(1)和运载火箭连接端框(2)进行连接。
3.根据权利要求1所述的航天器的整体隔振平台，其特征在于所述弹性元件(3)和阻尼元件(4)为一体结构，它的两端通过球轴承或柔性铰(5)与航天器连接端框(1)和运载火箭连接端框(2)进行连接。
4.根据权利要求1所述的航天器的整体隔振平台，其特征在于所述弹性元件(3)为弹性材料制成的环形，所述弹性元件(3)分别与航天器连接端框(1)和运载火箭连接端框(2)之间通过支杆(6)连接，与支杆(6)同时并联的有阻尼元件(4)。
5.根据权利要求4所述的航天器的整体隔振平台，其特征在于所述阻尼元件(4)是磁流变阻尼器或电磁涡流阻尼器或流体阻尼器，所述阻尼元件(4)与航天器连接端框(1)和运载火箭连接端框(2)之间通过柔性铰或球轴承连接。
6.根据权利要求4所述的航天器的整体隔振平台，其特征在于所述阻尼元件(4)是隔振垫，所述隔振垫通过焊接、铰接或胶粘的方式与航天器连接端框(1)和运载火箭连接端框(2)进行连接。
7.根据权利要求4、5或6所述的航天器的整体隔振平台，其特征在于所述弹性元件(3)为多层，相邻两层弹性元件(3)之间通过阻尼元件(4)和支杆(6)进行连接。
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