八作動器隔振平臺及整星隔振研究.pdf

1、在衛(wèi)星的壽命周期內(nèi)，發(fā)射過程中的振動環(huán)境最為惡劣。惡劣的振動環(huán)境對衛(wèi)星的設(shè)計(jì)和生存產(chǎn)生不良影響，一方面它是造成衛(wèi)星發(fā)射失敗的主要原因，另一方面它導(dǎo)致笨重的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前，衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要就是針對其發(fā)射過程中的振動環(huán)境，通常采用增強(qiáng)衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，或?qū)π巧蟼€別敏感元件單獨(dú)隔振的方法來保證衛(wèi)星的安全，但這都要增加衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，增加的質(zhì)量不但對于在軌運(yùn)行的衛(wèi)星來說是多余的，而且增加了衛(wèi)星的發(fā)射成本，同時降低了運(yùn)載器發(fā)射其它載荷的能力。

2、星箭連接適配器是運(yùn)載器和衛(wèi)星的連接界面，傳統(tǒng)上為剛度大固有頻率密集的結(jié)構(gòu)，這使得它幾乎傳遞了所有的來自運(yùn)載器的偽靜態(tài)和動態(tài)的發(fā)射載荷。采用整星隔振的方法，即利用隔振器來改造或替換現(xiàn)有的星箭連接適配器，可以有效地改善衛(wèi)星在發(fā)射過程中的振動環(huán)境。本論文中采用具有冗余特性的八作動器被動隔振平臺來實(shí)現(xiàn)整星隔振，重點(diǎn)研究八作動器隔振平臺的分析和設(shè)計(jì)方法，并通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證平臺的隔振性能。
　　為了模擬衛(wèi)星發(fā)射過程中所承受的偽靜態(tài)和動態(tài)載荷

3、，進(jìn)行整星隔振的初步分析，文中首先建立了衛(wèi)星發(fā)射過程中火箭依靠重力轉(zhuǎn)彎的質(zhì)心軌道動力學(xué)方程，然后建立了沿該軌道飛行時火箭-隔振平臺-衛(wèi)星整體的縱向振動方程。對軌道方程和振動方程的仿真分析表明：在不改變星箭連接適配器剛度的情況下，通過增大其阻尼，可以有效地抑制傳遞到衛(wèi)星的振動載荷；而用隔振器替換現(xiàn)有適配器，也就是降低衛(wèi)星和火箭的連接剛度，可以進(jìn)一步提高隔振效果。
　　文中重點(diǎn)研究了八作動器隔振平臺的分析和設(shè)計(jì)方法。分別采用兩參數(shù)作動

4、器模型和三參數(shù)作動器模型，利用牛頓—?dú)W拉法建立了八作動器隔振平臺的動力學(xué)模型。在兩參數(shù)作動器模型中，阻尼器與支撐彈簧并聯(lián)；在三參數(shù)作動器模型中，阻尼器與表示流體體積有效剛度的彈簧串聯(lián)后再與支撐彈簧并聯(lián)。此外為了防止衛(wèi)星和整流罩發(fā)生碰撞，提出了兩種增強(qiáng)隔振平臺轉(zhuǎn)動剛度的方法，即流體剛度耦合方法和雙平行連桿機(jī)構(gòu)方法。分析結(jié)果表明：采用八作動器隔振平臺不但可以有效地實(shí)現(xiàn)整星隔振，而且因其固有的作動器冗余特性，即使一個或兩個作動器失效，仍然能夠

5、保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，避免發(fā)生災(zāi)難性的后果；采用三參數(shù)作動器搭建的平臺可以進(jìn)一步提高平臺的隔振性能；兩種增強(qiáng)隔振平臺轉(zhuǎn)動剛度的方法都可以有效地抑制平臺的轉(zhuǎn)動。
　　為了分析運(yùn)載火箭動力學(xué)特性對隔振平臺隔振效果的影響，以及用隔振平臺替代現(xiàn)有適配器對整個運(yùn)載火箭動力學(xué)特性的影響，文中對隔振平臺與衛(wèi)星、運(yùn)載火箭整體的耦合作用進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明：在起飛和一級分離時刻，用被動隔振平臺替代現(xiàn)有適配器對運(yùn)載系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響不大，但在二級分離

6、后時刻，這種替代對運(yùn)載系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響不能忽略，此時飛行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性需進(jìn)行檢驗(yàn)。
　　文中還對影響隔振平臺性能的其它因素進(jìn)行了分析。首先考慮到實(shí)際的作動器具有轉(zhuǎn)動慣量，建立了考慮作動器轉(zhuǎn)動慣量的八作動器隔振平臺模型，分析表明：作動器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量在一定程度上降低了隔振效果，但當(dāng)其與衛(wèi)星的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量相比很小時，對隔振系統(tǒng)的固有頻率和傳遞特性影響較小，在分析中可以忽略。然后建立了計(jì)及作動器分布質(zhì)量的八作動器隔振平臺模型，

7、分析表明：由于隔振器自身局部共振的存在，傳遞率在高頻部分出現(xiàn)了多個峰值，這將降低隔振平臺的實(shí)際隔振效果。最后利用工程軟件ADAMS對分析中采用的線性模型進(jìn)行了檢驗(yàn)。
　　目前工程上通常采用隔振器底部到頂部的振動傳遞率來評價隔振性能，這種評價標(biāo)準(zhǔn)是從被隔振體為剛體的單自由度隔振問題派生出來的，將其應(yīng)用到類似于整星隔振的柔性體隔振系統(tǒng)是有局限性的。文中對柔性體隔振的評價標(biāo)準(zhǔn)問題進(jìn)行了探討，給出兩種適合評價柔性體隔振系統(tǒng)性能的方法，即隔