新型整星隔振器的设计和研究

在不改变卫星和运载火箭结构前提下,针对某型号的配重卫星模型的隔振要求和约束条件,研制出一种新型的整星隔振器,安装在适配器和星箭界面之间,并阐述了隔振器的设计路线,建立合理的有限元模型,进行隔振器的结构参数灵敏度分析和频率响应计算,最后对整星隔振系统的进行了动态性能测试.有限元计算结果和试验数据表明,所研制的整星隔振器能够有效地隔离卫星在宽频带上横向和纵向振动,降低发射时运载火箭传递给卫星的动载荷.     

一种整星隔振器的研制

在不改变卫星和运载火箭结构前提下,针对某型号的配重卫星模型的隔振要求和约束条件,研制出一种新型的整星隔振器,安装在适配器和星箭界面之间,阐述隔振器的设计路线,建立合理的有限元模型,进行隔振器的结构参数灵敏度分析和频率响应计算,最后对整星隔振系统的进行动态性能测试。有限元计算结果和试验数据表明,所研制的整星隔振器能够有效地隔离卫星在宽频带上横向和纵向振动,降低发射时运载火箭传递给卫星的环境载荷。     

压电-黏弹性材料混合隔振器的设计与研究

为了降低振动载荷对结构的影响,以叠层式压电作动器作为主动隔振元件,以黏弹性材料作为主体设计被动隔振元件,提出了一种新型混合隔振器。以模拟刚体卫星为研究对象,建立了整星混合隔振系统的动力学模型,对混合隔振器的隔振原理进行了理论分析和数值仿真,在此基础上,利用单输入多输出PID控制方法设计主动控制器,对模拟刚体卫星混合隔振系统进行了试验研究。仿真和试验结果表明,与单纯被动隔振器相比,混合隔振器能够有效降低传递到结构上的振动载荷,特别是在结构固有频率附近隔振效果更加明显,从而显著提高了结构的安全性和可靠性。     

整星隔振平台的阻尼非线性对隔振性能影响的物理机理

从物理机理出发,用变形的三次多项式函数和分数导数阶算子建立了离散型隔振系统的非线性等效动力学模型,通过谐波平衡法得出从隔振器底端到卫星的振动传递率,利用数值解从物理机理上解释了地面实验中隔振系统的振动传递率受激励幅值影响的现象,为离散型整星隔振平台及其他整星隔振平台的设计和实际应用提供参考     

整星隔振器动态特性的测试

整星隔振系统由若干个隔振器组成，均匀布置在适配器和星箭界面之间，能有效减小发射阶段卫星所承受的环境载荷，对提高卫星发射的可靠性和降低发射成本具有重要意义，是近十年来航天界发展的一项新兴技术。探讨了隔振器的结构设计形式，通过测试3种不同方案的单个隔振器的动态特性，比较其动态性能参数，对进一步研究整星隔振系统的设计和应用具有一定参考意义。     

基于压电堆和粘弹性材料的新型整星混合隔振系统

摘　要：为了降低振动载荷对卫星的影响,采用压电堆和粘弹性材料作为主被动隔振元件,设计一种新型的整星混合隔振系统,并对其隔振原理进行理论分析。通过有限元方法建立该隔振系统的有限元模型并分析其频率响应特性,根据分析结果,运用特征系统实现算法获取系统的最小阶状态空间模型来设计控制器,完成离线仿真。在此基础上,对低柔性模拟卫星进行整星混合隔振试验。仿真和试验结果表明,整星混合隔振系统能够有效地降低运载火箭传递到卫星的振动载荷。与整星被动隔振系统相比,整星混合隔振系统对低频振动分量具有显著的抑制作用,证明了该隔振系统的可行性和有效性,大大提高了卫星的安全性和可靠性。     

用于整星隔振效果评价的隔振器影响系数指标研究

对整星隔振系统的隔振效果评价指标（振动传递率、隔振器振级落差、功率流等）进行分析,通过实例证明采用隔振器底端到顶端的传递率来评价隔振效果是不充分的,而采用隔振器振级落差、功率流等指标也在实际应用中存在各自的局限性。在分析隔振器影响系数的基础上,提出一种改进的隔振器影响系数指标,并采用位移导纳表达改进的隔振器影响系数。以自行设计的新型整星隔振平台为例,采用改进的隔振器影响系数指标进行隔振效果预测,结果表明：改进的隔振器影响系数指标可以更加简单直观地表现出整星隔振平台的隔振性能。     

基于锰铜高阻尼合金弹簧的反作用轮隔振器性能研究EI北大核心CSCD

为解决反作用轮微振动引起卫星成像质量下降问题,依据反作用轮微振动特性,设计了一种汇聚式六自由度被动隔振系统。隔振系统通过弹簧刚度设计降低系统整体模态频率,结合高阻尼特性的锰铜合金作为隔振元件材料来提高振动能量衰减。首先,采用拉格朗日方程建立隔振系统动力学模型,考虑刚度对隔振性能影响,设计不同结构参数弹簧进行对照,分析弹簧径轴刚度比与系统基频关系,并确定最佳隔振结构参数;其次,利用有限元法分析隔振系统模态及振动传递特性,讨论各自由度下振动抑制性能;最后,搭建Kistler微振动试验平台对隔振前后的反作用轮微振动进行测量,分析与验证隔振器的减振效果。结果表明:隔振系统在六个扰动方向和中高频范围内隔振效果显著,在1000 Hz主频振动处隔振效果超过40 dB;在0~2500 r/min转速内F z方向上最大振动幅值的减振百分比达到92.42%。     

新型整星隔振系统动力学分析

在卫星的服役周期中,发射阶段的动力学环境最为恶劣,期间受到多种复杂载荷的作用。传统的星箭连接适配器由于刚度较大,给航天器的参数设计及生产带来了极大的困难。为了达到多轴隔振的目的,基于粘弹性材料受到剪切力作用时产生较大阻尼损耗的原理设计了一种新型整星隔振器。针对该隔振系统进行了简化,以质量刚度阻尼耦合的形式来模拟卫星和隔振器之间的关系,对其进行了隔振效果的分析。其中,重点对仿真中出现的隔振系统的一阶模态结构阻尼系数的饱和现象提供了详尽的理论和数值分析。最后,针对新型整星隔振器的工程具体应用提出了两点参考准则。     

采用磁流变阻尼器的整星隔振平台试验研究

为降低卫星受到的来自于运载火箭的振动和冲击载荷,针对柔性卫星整体隔振,提出一种采用高频解耦型磁流变阻尼器的新型整星隔振平台。在理论分析的基础上,设计并制造了新型整星隔振平台、锥壳适配器和模拟卫星,搭建整星隔振系统,进行整星隔振性能试验。对比采用新型整星隔振平台、采用常规磁流变阻尼器隔振平台和采用锥壳适配器时的隔振效果,得到如下结论:新型整星隔振系统的隔振效果明显好于使用传统锥壳适配器时的情况;采用高频解耦型阻尼器能帮助隔振平台减小高频传递率,改善高频隔振性能。试验结果验证了理论分析的正确性。     

基于统计能量法的声场-结构耦合模型高频振动隔振分析

应用统计能量法软件计算高频域卫星的声场-结构耦合响应,并设计被动隔振与主动式有效载荷适配器相结合的减振方案。利用有限元建模和AutoSEA仿真进行减振模拟分析,证明综合隔振方案的提出有效减弱了各阶模态频率上的振动响应,同时也消除了声场振动声压的波动峰值。且充分说明AutoSEA仿真计算对于高频声场-结构耦合问题的可行性与准确性。     

列车垂向振动的半主动简谐隔振研究

依据拉格郎日方程,建立六自由度列车半主动隔振系统的垂向振动模型;应用MATLAB/SIMULINK仿真模块构造列车半主动隔振系统仿真模型,对列车进行时域分析。在轨道具有简谐输入的情况下对列车的隔振性能（如隔振位移、隔振传递率等）进行了计算分析,讨论了弹簧刚度、阻尼、车速、激励的波长等对隔振性能的影响。通过研究可得列车系统采用半主动开关阻尼器,确实能够改善系统的隔振性能。     

一类整星隔振器的等强度设计方法

航天发射振动环境幅值大、频带宽,并带有随机性,安全系数的提高对航天发射的高可靠性要求意义重大,尤其对于整星隔振器。针对一类整星隔振器,首次引入等强度梁理论建立了相应的设计方法。首先,在总结分析了国内外相关典型整星隔振器结构特点的基础上,建立了对应于这类隔振器的超静定组合梁模型。然后,基于小变形假设、莫尔定理及等强度梁理论,建立了联系隔振器结构参数与性能参数的等强度力学模型,并推导了迭代设计方法。等强度设计方法能够由结构参数直接预测性能参数,并且可按需要的安全系数设计具有等强度特性的整星隔振器。最后,设计了示例非等强度与等强度隔振器,分析表明所提方法可使隔振器支架应力分布均匀性显著改善,安全系数明显提高。     

Vibration Isolation Design for the Micro-X Rocket Payload

Micro-X is a NASA-funded, sounding rocket-borne X-ray imaging spectrometer that will allow high precision measurements of velocity structure, ionization state and elemental composition of extended astrophysical systems. One of the biggest challenges in payload design is to maintain the temperature of the detectors during launch. There are several vibration damping stages to prevent energy transmission from the rocket skin to the detector stage, which causes heating during launch. Each stage should be more rigid than the outer stages to achieve vibrational isolation. We describe a major design effort to tune the resonance frequencies of these vibration isolation stages to reduce heating problems prior to the projected launch in the summer of 2014.     

新型车载医疗救护隔振平台设计及仿真

车载医疗救护隔振平台是一种以车辆为载体的伤病员专用救护装备。为了最大程度地避免伤病员在运送中因车辆振动而造成的二次伤害,获得最佳减振效果,设计了一款新型车载医疗救护隔振平台,它具有大长宽比、多层串联的结构特点。为了获得该平台的关键隔振参数,建立了隔振平台的物理模型,并采用基于分析力学的拉格朗日法建立了平台的状态方程,应用MATLAB软件对在典型激励作用下的隔振参数进行了优化,得到了最优的平台减振弹簧刚度和阻尼。最后,为了研究该新型隔振平台在车辆运行过程中的减振效果,建立了基于被动悬架的隔振平台全系统动力学模型,并采用ADAMS软件仿真分析了在斜坡路面和正弦起伏路面两种典型激励下的隔振平台的输出响应。结果表明,该隔振平台能够极大地衰减来自地面的冲击和振动,尤其对于恶劣路况,其减振效果更佳。该隔振平台结构及参数设计符合工程实际,所采用的优化方法和全系统建模及仿真方法正确、有效。     

Failure Analysis of a Launch Vehicle Umbilical Shutter Mechanism During Vibration Qualification

Payload fairing (PLF) of a launch vehicle is exposed to harsh vibration environments due to jet noise during liftoff and in-flight aerodynamic noise. Accordingly, the systems mounted on the payload fairing are to be qualified for the vibration levels, predicted corresponding to the envelope of acoustic spectrums at critical instants of atmospheric flight. This paper presents a detailed study of a failure observed on the payload cooling umbilical system, mounted on the cylindrical portion of the PLF structure, during its design qualification vibration testing. The umbilical shutter inadvertently opened during the test. The vibration responses on the shutter, the dynamic behavior of the system, and the forces and moments on the mechanism are analyzed, and the physics of failure is understood. The design marginality is identified, and the shutter locking mechanism reconfigured to achieve the desired level of robustness in the system.