基于电磁场原理的航天器变频吸振技术

为了有效抑制航天器转动部件对敏感载荷的扰动,将电磁技术应用于变频吸振器上,从经典电磁理论出发,建立了斥力悬浮型电磁变频装置的数学模型。该型电磁变频装置通过两个电磁铁对中间的永磁体产生排斥作用来产生恢复力:当中间永磁体偏离平衡位置时,由于两边电磁铁斥力的非线性变化使得二者对中间永磁体产生一个指向平衡位置的恢复力。理论分析表明,在气隙不大的情况下,该力与永磁体偏离平衡位置的位移成正比,同时其与电磁铁中通入的电流成正比关系,进一步的仿真也验证了该结论,这为有效、精确控制变频吸振器的工作频率提供了理论依据。根据理论计算和有限元仿真,采用了电磁技术的变频装置可以提供4 500 N/m左右的刚度变化范围,应用该变频装置的吸振器可以提供近50 Hz的频率变化范围,同时其调节速度和精度也能满足航天器对变频吸振器相关性能的要求。     

卫星遥感器微振动隔离用液体阻尼隔振器

针对卫星平台的微振动,提出了具有良好高频衰减及共振峰控制性能的松驰型液体阻尼隔振器。建立了松弛型液体阻尼隔振模型,从传递率的角度分析了提出的松驰型液体阻尼隔振器与传统隔振模型的区别。使用波纹管提供刚度及密封,基于小孔阻尼结构形式,设计了松弛型液体阻尼隔振器并求解了系统的阻尼因子。对所设计的隔振器进行了传递率测试,结果表明,松弛型液体阻尼隔振器在共振频率处能够提供大阻尼,将共振放大倍数控制在2倍以内;在高频隔振区能提供小阻尼,100Hz衰减率超过95%,隔振性能优于传统隔振器。得到的结果和理论预测吻合较好。该项研究对松弛型液体阻尼隔振器的设计以及其在遥感器微振动隔离的应用上具有很强的指导作用。     

航天器飞轮模型的建立与分析

针对目前航天器所配备飞轮的静不平衡问题,建立简化后的理论模型,计算静不平衡力对弹性安装板的影响。采用Adams以及Patran中几种常用的仿真手段对飞轮静不平衡进行仿真分析,并与理论计算结果进行比较验证仿真手段的准确性。为该类问题的建模提供依据。     

基于ANSYS和ADAMS的刚柔耦合卫星太阳电池阵的建模研究

根据太阳电池阵结构的特点,同时为了更准确的模拟太阳电池阵的展开过程,建立了基于ANSYS和ADAMS的太阳电池阵刚柔耦合模型,首先阐述了ADAMS柔性体的基本理论,介绍了在ADAMS中建立柔性体的方法,然后利用模态中性文件将柔性的连接架和基板导入ADAMS中,建立了卫星太阳电池阵的刚柔耦合模型,并通过对比分析太阳电池阵展开状态下的一阶模态频率,验证了建模方法的有效性。     

航天器电磁变频吸振器性能分析与测试

变频吸振器可以有效减少航天器转动部件对航天器主结构的扰动,但机械式变频器的体积和质量较大,难以应用于航天领域。通过将电磁技术应用于变频吸振器中,提出一种基于电磁变频原理的吸振器,并建立其数学模型,对其性能进行分析和仿真。在理论和有限元计算的基础上,制作原理样机,测试其变频性能。实验表明,应用于吸振器上的电磁变频装置可以提供4 000 N/m的刚度变化范围,对应的最大吸振频率可达45 Hz,能在较宽的频带范围内有效降低主结构的振动响应,同时其调节速度和精度也能满足航天器对变频吸振器相关性能的要求。     

在卫星飞轮上采用机械变频的动力吸振技术

为拓宽动力吸振器的工作频带,以满足卫星飞轮振动控制的需求,提出了一种新型的基于机械变频技术的动力吸振器结构,对该变型结构的工作原理进行理论分析和实验研究后表明,机械变频装置的引入,可以有效地将动力吸振器的工作频带拓宽到20 Hz。由此,能够有效抑制飞轮安装板的对于飞轮振动的响应幅值,频率调节范围增大;而且结构紧凑,可靠性高。这一改进的动力吸振技术为卫星飞轮振动控制提供了新的研究方法。     

卫星挠性附件用黏弹性阻尼器试验研究

用黏弹性阻尼器对卫星挠性附件进行仿真和实验分析与探讨。基于环形约束阻尼层减振原理,设计低频振 动抑制阻尼器,安装在挠性附件与星体之间,保证连接刚度并提供阻尼;建立挠性附件-阻尼器的有限元模型,通过模态 和频响分析获得不同阻尼参数对结构低频振动抑制影响规律;进行减振试验研究,结果表明,施加阻尼器后系统在1.4 Hz 处共振放大比降低30 %以上,阻尼器低频振动抑制效果良好。该结果对此类阻尼器的在轨应用提供工程设计 参考。     

CFRP圆形胞元蜂窝芯层面外剪切模量

为了减少卫星的热变形,将碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）材料圆管周期排布获得新型圆形胞元蜂窝芯层。考虑无论是Ressiner理论还是商业有限元软件ABAQUS,层合板计算热变形时,芯层的面外剪切模量均很重要,因此对CFRP圆形胞元蜂窝芯层的面外剪切进行了研究。分别从应力与应变的角度基于能量等效原理求出圆形胞元蜂窝芯层的面外剪切模量公式。以T300/环氧材料的工程常见铺层为例,比较基于ABAQUS软件计算所得剪切模量仿真解与公式计算所得理论解,其最大误差仅为10.4%,证实公式对于CFRP材料的适用性。同时用（±45°）₂铺层的T300/环氧芯层完成双剪试验,试验结果与理论结果误差为24.1%,与前人研究的铝蜂窝面外剪切模量理论解与试验解的误差相近。最后通过仿真手段证实,24.1%的误差对整体夹层结构影响较小,说明公式具有良好的工程应用价值。为以后CFRP圆形胞元蜂窝芯层的设计提供重要基础。     

一类双层高静低动刚度隔振系统动力学特性和应用局限性研究

高静低动刚度隔振系统低频隔振性能优越,双层隔振系统对高频振动衰减迅速。将二者结合,提出基于欧拉屈曲梁负刚度调节器的一类双层高静低动刚度隔振系统,该类双层高静低动刚度隔振系统的特点是上下层的负刚度调节器安装于同一基础。对该系统进行了静力学分析,给出了此类隔振系统的负刚度适用范围;采用积极隔振模型,建立了双层高静低动刚度隔振系统的动力学方程,并使用谐波平衡法求解了系统动力学响应,根据上下层刚度之间存在的约束关系,且上下层刚度不能同时达到准零刚度等限制条件,给出了上下层线性刚度系数的有效取值范围,围绕有效取值范围的边界讨论上下层刚度系数对系统隔振性能的影响,并将其与普通的双层线性隔振系统的隔振性能进行比较。此外,还定义了双层非线性隔振系统的力传递率,研究了外激励幅值和阻尼比的大小对动力学响应和隔振性能的影响。结果表明,上下层分别使用负刚度来获取准零刚度隔振系统带来的性能迥异,上层刚度完全线性,下层为准零刚度时系统的隔振性能最好。     

动力吸振器在飞轮振动控制中的参数分析

研究动力吸振器对飞轮振动的抑制效果,采用多变量多变异位自适应遗传算法优化调谐频率比和吸振器阻尼比,通过回归分析得到阻尼系统最优参数的数学表达式并研究表达式的精度。仿真分析表明,采用自适应遗传算法能够高效计算最优参数,且回归分析可以得到精度较高的参数表达式;在飞轮模拟振源激励下,最优吸振器明显降低主结构垂直方向的振动响应,且在其他两个方向也有一定的减振作用。参数分析的方法为卫星飞轮振动控制提供一个全新的研究思路。