CN208979117U - 一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置涉及飞行器减冲击设备技术领域，解决了火工品起爆对卫星内精密电子设备造成损伤的问题，隔离装置用于安装在卫星底板和卫星主框架之间，包括结构转接板和隔冲组件；结构转接板安装在卫星底板上，结构转接板上设有通孔；隔冲组件连接卫星主框架，且隔冲组件的中部通过通孔且中部连接结构转接板。本实用新型的隔冲组件具有轴向和径向的减振隔冲效果，将爆炸螺栓等火工品爆炸时产生的冲击载荷有效的隔离吸收，使到达单机安装点的冲击载荷满足单机的使用指标，从而保证微小卫星发射的安全性；且能将原有卫星底板与卫星主框架可靠连接，保证微小卫星整星的强度和刚度。

Description

一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置

技术领域

本实用新型涉及飞行器减冲击设备技术领域，具体涉及一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置。

背景技术

随着商业航天的兴起，近几年来我国卫星发射数量与日俱增，对于一些高校及企业难以承担起大卫星高额的研制及发射费用，所以通常他们会研制一些重量以及体积较小的搭载星，对于搭载星来说由于结构以及形状的各异，还没有比较规范通用的对接装置，大部分对接装置为了保证可靠性还是选用爆炸螺栓，在星箭分离时刻会产生很大的冲击。

星箭分离冲击环境是卫星在发射过程中所经历的最为苛刻的力学环境之一，是由火工品起爆作用于卫星结构上产生的高频、高量级的瞬态冲击响应。一般情况下，高频的火工冲击载荷不会对航天器的结构造成破坏，但是却能对具有晶振、脆性材料等精密电子设备造成损伤，从而造成航天任务的失败。例如采用三点爆炸螺栓解锁形式的卫星，卫星通过三个爆炸螺栓将星箭分离机构与整星连接在一起，星箭分离时刻，三个爆炸螺栓同时起爆，实现卫星与运载系统的分离。三个火工品产生的冲击波通过星箭界面以及分离套罩直接传递到与之相连的卫星主框架上，由于火工品爆炸的冲击载荷较大，在分离面50mm处还未降到2000g以内，超出了分离机构任务书以及单机任务书要求，存在对精密电子设备造成损伤的问题，易造成航天任务的失败。

实用新型内容

为了解决火工品起爆对卫星内精密电子设备造成损伤的问题，本实用新型提供一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置。

本实用新型为解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置，用于安装在卫星底板和卫星主框架之间，隔离装置包括结构转接板和隔冲组件；所述结构转接板安装在卫星底板上，结构转接板上设有通孔；所述隔冲组件连接卫星主框架，且隔冲组件的中部通过通孔且中部连接结构转接板。

进一步的，所述隔冲组件包括穿过通孔的轴套、两个减振器和两个减振器保护壳；两个所述减振器均套设在轴套上且分设在通孔的两侧；两个所述减振器保护壳一一对应的套在两个减振器上且均连接结构转接板。

更进一步的，所述隔冲组件还包括减振垫片，所述减振垫片设置在靠近卫星底板的减振器上，且位于该减振器靠近卫星底板一端的端面上。

更进一步的，两个所述减振器相对于通孔上下对称设置。

更进一步的，所述隔冲组件通过螺钉连接卫星主框架，减振垫片位于减振器与螺钉之间。

更进一步的，所述减振器的材料为丁腈橡胶、聚氨酯或金属橡胶。

更进一步的，所述减振器垫片、减振器保护壳及轴套的材料均为钛合金。

进一步的，所述隔冲组件轴向截面的形状为工字型。

进一步的，所述结构转接板包括平板和设置在平板上的向下凸起部，所述通孔设置在平板上，所述向下凸起部上设有螺纹孔，结构转接板通过螺纹孔连接卫星底板。

进一步的，所述结构转接板的材料为2A12铝合金。

本实用新型的有益效果是：

1、基于冲击波在结构中的传播和衰减特性，本实用新型通过隔冲组件的中部连接结构转接板，隔冲组件具有轴向和径向隔冲作用，能够在微小卫星三个方向起到减冲击作用，能将爆炸螺栓等火工品爆炸时产生的冲击载荷有效的隔离吸收，具有较高的隔冲效率，使到达单机安装点的冲击载荷满足单机的使用指标，从而解决火工品起爆对卫星内精密电子设备造成的损伤问题，保证微小卫星发射的安全性。

2、通过结构转接板和隔冲组件能将原有卫星底板与主承力框架(即卫星主框架)可靠连接，保证微小卫星整星的强度和刚度，在隔冲的同时，能够大幅降低整星的正弦及随机响应，尤其是随机响应；保证微小卫星在严苛的发射段环境下的安全性。

3、本实用新型有较强的适应性，可以根据微小卫星的结构进行形状及尺寸的调整，并且易于装配，使用安装简单。

4、本实用新型的一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置的成本低、易于加工、制作周期短、结构简单，通过采用现有的成熟的经过上天验证过的材料制作，就可以达到优异的隔冲性能。

附图说明

图1为本实用新型的一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置的安装状态图。

图2为本实用新型的一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置的结构示意图。

图3为本实用新型的一种适用于微小卫星的隔冲组件结构图。

图4为未使用本实用新型时距分离面50mm处某单机安装点的冲击响应值的曲线图。

图5为使用本实用新型后距分离面50mm处某单机安装点的冲击响应值的曲线图。

图中：1、结构转接板，1.1、向下凸起部，2、隔冲组件，2.1、减振垫片，2.2、减振器，2.3、减振器保护壳，2.4、轴套，3、卫星主框架，4、卫星底板，5、螺钉。

具体实施方式

为使本实用新型技术方案更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型中的技术方案进行详细的描述，以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的技术人员来讲，在不脱离本实用新型的构思前提情况下，还可以对该装置进行若干变形和改进。这些都将属于本实用新型的保护范围。

一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置，包括结构转接板1和隔冲组件2。结构转接板1用于安装在卫星底板4，结构转接板1上设有通孔，通孔数量可为复数个。隔冲组件2的中部位置通过通孔并且中部连接在结构转接板1上，隔冲组件2数量可为复数个，具体可以为每个隔冲组件2通过一个通孔，每个隔冲组件2均连接在结构转接板1上，隔冲组件2用于连接卫星主框架3，也就是在安装在卫星上时，隔冲组件2一端连接卫星主框架3，中部连接结构转接板1，另一端可悬空。如图1所示，本实用新型的三向冲击隔离装置安装在卫星底板4和卫星主框架3之间。

作用效果：

针对火工品起爆对卫星存在影响这一问题，基于火工品冲击在结构中以波的形式进行传播，随着传播距离的增加或者通过连接环节，冲击响应迅速衰减，提出本实用新型一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置。隔冲组件2的中部连接结构转接板1，隔冲组件2具有轴向和径向(垂直于轴向的平面)隔冲作用，能够在微小卫星三个方向起到减冲击作用。本实用新型的三向冲击隔离装置能将爆炸螺栓等火工品爆炸时产生的冲击载荷有效的隔离吸收，具有较高的隔冲效率，即冲击衰减效率高，使到达单机安装点的冲击载荷满足单机的使用指标，从而解决火工品起爆对卫星内精密电子设备造成的损伤问题，保证微小卫星发射的安全性。

本实用新型的一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置通过结构转接板1和隔冲组件2能将原有卫星底板4与主承力框架(即卫星主框架3)可靠连接，保证微小卫星整星的强度和刚度，在隔冲的同时，能够大幅降低整星的正弦及随机响应，尤其是随机响应；保证微小卫星在严苛的发射段环境下的安全性。

该实用新型的三向冲击隔离装置有较强的适应性，可以根据微小卫星的结构进行形状及尺寸的调整，并且易于装配。且三向冲击隔离装置成本低，易于加工，质量轻，生产成本低，制作周期短、结构简单，采用现有的成熟的经过上天验证过的材料制作，隔冲性能优异。

随着我国商业卫星的发展如火如荼，国内研发小卫星的数量与日俱增，该实用新型生产成本低，制作周期短，小巧，不占用星上空间，并具有结构简单、容易装配、质量轻、可靠性高、冲击衰减效率高等优点，将会是本实用新型有很广泛的应用前景。

本实用新型一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置的安装使用方法简单易操作，具体过程为：首先将隔冲组件2和结构转接板1按照图2所示装配完成，轻微按压，隔冲组件2在轴向及径向上均有弹性变形，注意检查各隔冲组件2安装一致性及隔冲组件2自身的完好性，得到三向冲击隔离装置。其次待卫星主框架3装配完成后，将卫星主框架3垂直翻转，将装配好的三向冲击隔离装置的隔冲组件2通过标准件安装到卫星主框架3上，并加上标准力矩加固。最后将卫星底板4通过标准件安装在三向冲击隔离装置的结构转接板1上，加上标准力矩加固，再将整体(卫星主框架3、隔离装置和卫星底板4)垂直翻转过来。

结构转接板1的具体形状结构可以为包括平板和向下凸起部1.1，平板上设有通孔(即结构转接板1上设有通孔)，平板上还设有多个向下凸起部1.1，向下凸起部1.1用于连接卫星底板4，向下凸起部1.1设有螺纹孔，向下凸起部1.1通过螺纹孔连接卫星底板4，本实施方式中向下凸起部1.1为14个，每个向下凸起部1.1上设有一个螺纹孔。在平板的非向下凸起部1.1处设有通孔，本实施方式中设有12个通孔，分为两排，两排对称设置，通孔位于向下凸起部1.1之间，每个通孔处安装一个隔冲组件2。向下凸起部1.1的凸起高度大于隔冲组件2位于通孔下侧部分的高度，也就是隔冲组件2下半部分不接触卫星底板4。结构转接板1安装在卫星底板4与卫星主框架3之间，作为结构转接。本实施方式中结构转接板1为长278mm，宽232mm，所用材料为2A12铝合金，根据整星响应及基频进行了结构优化及轻量化处理。上述的结构转接板1可以根据卫星重量及包络尺寸的变化而修改。

隔冲组件2的具体结构可为如图3所示的结构，每个隔冲组件2包括一个减振垫片2.1、两个减振器2.2、两个减振器保护壳2.3和一个轴套2.4。轴套2.4依次穿过两个减振器2.2，一个减振器2.2位于结构转接板1上通孔的上侧，另一个减振器2.2位于通孔下侧，即轴套2.4穿过通孔。向下凸起部1.1的凸起高度大于位于卫星底板4一侧的减振器2.2的高度，两个减振器2.2可以相互接触，本实施方式中减振器2.2的材料选用丁腈橡胶，减振器2.2的材料不限定为丁腈橡胶，还可以选用其他种类航天橡胶亦或是聚氨酯或者金属橡胶等阻尼减振隔冲材料。每个减振器2.2上套一个减振器保护壳2.3，减振器保护壳2.3套在减振器2.2外侧的侧表面上，如图3所示，减振器保护壳2.3连接在结构转接板1上，也就是隔冲组件2与结构转接板1的连接通过减振器保护壳2.3实现。减振器保护壳2.3采用金属保护壳。减振垫片2.1设置在靠近卫星底板4的那个减振器2.2上，具体为在该减振器2.2的靠近卫星底板4一端的端面上。隔冲组件2通过螺钉5穿过轴套2.4后螺钉5与卫星主框架3连接来实现隔冲组件2与卫星主框架3的连接，如图3所示，减振垫片2.1位于减振器2.2与螺钉5之间。两个减振器2.2相对于通孔或平板上下对称，减振器保护壳2.3相对于通孔或平板上下对称。上述的轴套2.4穿过通孔、两个减振器2.2分设通孔两侧、两个减振器保护壳2.3套在两个减振器2.2上、两个减振器保护壳2.3分设通孔两侧，也就是说隔冲组件2的中部通过通孔；另外，减振器保护壳2.3连接在结构转接板1上，减振器保护壳2.3上与结构转接板1的连接处为隔冲组件2整体的中间部位，即为隔冲组件2的中部连接结构转接板1。隔冲组件2的轴向截面的形状为工字型，工字型的中间凹陷部位置于通孔处。考虑重量以及剩磁，减振器垫片2.1、减振器保护壳2.3及轴套2.4均采用钛合金。上述隔冲组件2的各个部件均可以根据卫星重量及包络尺寸的变化而修改。

以某微纳卫星地面分离实验为例，通过采用落锤法初步模拟以及真实爆炸螺栓分离试验验证了本实用新型的减冲击效果。真实爆炸螺栓分离试验结果如图4和图5所示，其中图4为没有应用本实用新型时距分离面50mm处某单机安装点的冲击响应值，图5为使用该实用新型后距分离面50mm处某单机安装点的冲击响应值。通过图4和图5对比可见，采用本实用新型一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置能够显著降低三向冲击响应，隔冲效率达到65％-73％左右。图4和图5中Log表示图中所示的冲击响应谱为对数方式生成，X、Y、Z表示三个方向，Curve表示曲线。

Claims (10)

1.一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置，用于安装在卫星底板(4)和卫星主框架(3)之间，其特征在于，隔离装置包括结构转接板(1)和隔冲组件(2)；所述结构转接板(1)安装在卫星底板(4)上，结构转接板(1)上设有通孔；所述隔冲组件(2)连接卫星主框架(3)，且隔冲组件(2)的中部通过通孔且中部连接结构转接板(1)。

2.如权利要求1所述的一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置，其特征在于，所述隔冲组件(2)包括穿过通孔的轴套(2.4)、两个减振器(2.2)和两个减振器保护壳(2.3)；两个所述减振器(2.2)均套设在轴套(2.4)上且分设在通孔的两侧；两个所述减振器保护壳(2.3)一一对应的套在两个减振器(2.2)上且均连接结构转接板(1)。

3.如权利要求2所述的一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置，其特征在于，所述隔冲组件(2)还包括减振垫片(2.1)，所述减振垫片(2.1)设置在靠近卫星底板(4)的减振器(2.2)上，且位于该减振器(2.2)靠近卫星底板(4)一端的端面上。

4.如权利要求2所述的一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置，其特征在于，两个所述减振器(2.2)相对于通孔上下对称设置。

5.如权利要求3所述的一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置，其特征在于，所述隔冲组件(2)通过螺钉(5)连接卫星主框架(3)，减振垫片(2.1)位于减振器(2.2)与螺钉(5)之间。

6.如权利要求3所述的一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置，其特征在于，所述减振器(2.2)的材料为丁腈橡胶、聚氨酯或金属橡胶。

7.如权利要求3所述的一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置，其特征在于，所述减振器垫片(2.1)、减振器保护壳(2.3)及轴套(2.4)的材料均为钛合金。

8.如权利要求1所述的一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置，其特征在于，所述隔冲组件(2)轴向截面的形状为工字型。

9.如权利要求1所述的一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置，其特征在于，所述结构转接板(1)包括平板和设置在平板上的向下凸起部(1.1)，所述通孔设置在平板上，所述向下凸起部(1.1)上设有螺纹孔，结构转接板(1)通过螺纹孔连接卫星底板(4)。

10.如权利要求1所述的一种适用于微小卫星的三向冲击隔离装置，其特征在于，所述结构转接板(1)的材料为2A12铝合金。