新型整星隔振平台的被动隔振性能及星箭耦合特性分析

针对卫星的隔振要求,提出一种新型半主动整星隔振平台,采用磁流变(MR)阻尼器作为半主动作动器。为增加平台的横向转动刚度,提出一种套筒式防摇结构。建立新型整星隔振系统的详细有限元(FE)模型,对隔振系统进行基础随机激励下的响应分析和隔振平台的振级落差分析,并建立星箭系统的详细有限元模型,分析星箭结合后对整星隔振性能的影响情况,以及加入新型隔振平台后对火箭动态特性的影响。结果表明:新型整星隔振平台具有优良的被动隔振性能;火箭的动态特性对新型隔振系统的性能有一定影响,但当火箭和隔振平台结合处的刚度较大时,影响较小;加入新型隔振平台后,在火箭点火时到一级分离时,火箭整体的动态特性无明显变化。     

基于正负刚度并联的低频隔振器研究

为了能够抑制微振动对在轨运行航天器造成的不利影响,提出了一种由螺旋柔性弹簧(SFS)与磁性弹簧并联构成的低频隔振器;其中,螺旋柔性弹簧作为正刚度元件为系统提供承载能力,并通过有限元建模对其轴向刚度特性进行了数值分析;由两两相吸、同轴配置的3块环形永磁体构成的磁性弹簧为该隔振系统沿轴向提供负刚度以降低系统的固有频率;基于等效电流模型分析讨论了该磁性弹簧的磁刚度特性,并在平衡位置附近对磁刚度作了线性近似。通过分析所设计的低频隔振器与其相应线性隔振系统的位移传递率,比较了2种隔振器的隔振性能。研究结果表明:所提出的低频隔振系统能够有效地隔离低频微幅振动,降低系统的固有频率,进而拓宽了隔振频带;同时,进一步改善了隔振系统在共振区域附近的阻尼特性,有效地降低了共振峰值。     

基于多边形膜片弹簧与压电致动器复合的一体化主被动Stewart减振系统

随着遥感卫星光学成像设备等精度的不断提升，其对振动环境的要求也在不断提高，简单的线性被动Stewart平台已经无法满足苛刻使用要求。提出了一种新型基于多边形膜片弹簧与压电致动器复合的一体化主被动Stewart减振平台，其单自由度元件主要由多边形膜片弹簧、压电致动器、力传感器以及柔性铰链组成。相较于传统线性隔振器存在的高静刚度和低动刚度之间的固有结构矛盾，所提出的多边形膜片弹簧作为隔振器的关键原件，兼具高静-低动（HSLD）特性，能够使隔振系统同时具备较高的静态刚度进行静态承载以及较低的动刚度进行动态减振。为了降低被动隔振系统中存在的共振峰幅值，本文在被动膜片弹簧元件的基础上串联一个压电致动器与力传感器组成的主动控制元件进行主动振动控制。仿真结果表明，采用比例积分力（PIF）反馈控制算法的主动控制系统，在频域上不仅可以通过积分力环节搭建出天棚阻尼的效果来降低共振峰峰值（11.19 dB），而且其比例-力环节可等效为增大了质量矩阵项，能够有效降低减振系统的固有频率（20.9 Hz），拓宽其减振带宽，并同时能维持高频段的高衰减性，在时域上也能够将系统的加速度振动幅值从±0.6g降低至±0.07g，振动衰减达88%。     

一种磁性并联低刚度隔振器

为了能够抑制低频微幅振动,提出了一种磁性并联低刚度隔振器,其由固支的承载梁和磁性弹簧并联构成.其中,磁性弹簧由4个永磁体对组成,每个永磁体对中的两块永磁体相吸配置,并在梁上对称均布;利用等效电流法对永磁体进行建模,根据安培定律给出了永磁体之间磁力的计算表达式,最后通过曲线拟合得到了其近似表达式;分析讨论了梁的等效刚度计算方法,进而得到了所提出的隔振系统的等效刚度计算方法;在不考虑系统非线性影响时,对该隔振系统进行了隔振特性分析及数值仿真.结果表明:与传统的线性隔振器相比,该隔振器能够有效地隔离低频振动,降低隔振系统的固有频率,从而拓宽了隔振器的隔振频带,并改善了系统的阻尼特性,有效地降低了共振区域的共振峰值.      

整星隔振技术的研究现状和发展

 为了减小卫星发射时所承受的环境载荷,降低卫星及其设备的质量控制成本,提高卫星发射的可靠性,所以整星隔振技术得以研究和应用。整星隔振是在不改变卫星原结构前提下,重新设计具有隔振效能的适配器,或者在运载火箭和卫星之间引入隔振装置,隔离从星箭界面传递给卫星的轴向或侧向振动。详细介绍了近十年国外整星隔振技术的研究现状,并展望其今后的发展方向。     

飞轮被动减振卫星动力学建模及稳定性研究

为提高卫星的指向精度和稳定度,通常在飞轮系统中设计了被动减振器。而对于有敏捷机动要求的卫星,被动减振器的低刚度设计可能会破坏姿态控制系统的动态性能和稳定性。因此,针对飞轮减振情况,建立了卫星刚柔姿态动力学方程,用来准确分析卫星敏捷机动时的动态性能、稳定性问题以及飞轮扰动对卫星稳定度的影响。仿真结果表明,不合适的隔振器刚度设计将会影响指向的动态性能和稳定性,甚至诱发姿控系统失稳。     

一种基于模态实验的结合面接触刚度计算方法

在赫兹接触与Greenwood-Williamson(G-W)模型的基础上,推导带系数的接触刚度公式,提出了一种基于模态实验的结合面接触刚度计算方法.通过数值仿真分析获得1阶固有频率与接触刚度系数的关系曲线,结合1阶固有频率的实验结果确定接触刚度系数,进而确定接触刚度公式.应用所得公式仿真计算不同几何模型、不同离心力下系统的1阶固有频率以及激振力作用下系统的振动响应,并与实验数据对比,1阶固有频率的最大误差为1.73%,振动响应的最大误差为9.5%,结果吻合,验证了计算方法的准确性;同时研究了结合面干摩擦阻尼对系统的减振效果,结果显示在1阶固有频率附近,干摩擦阻尼具有明显的减振效果.     

三轴稳定地球同步卫星南北保持安排策略

本文设计了一种三轴稳定地球同步卫星南北保持时间安排策略,它可较好地考虑卫星运行成本、与东西保持的耦合、受卫星星载控制以及推进系统的约束等条件,克服了一般长周期策略和短周期策略的局限性,可以降低同步卫星长期测控工作的成本,规范操作,减少运行风险。     

附加连接对主动指向超静平台控制效果的影响

超精超稳超敏捷卫星在航天器星体平台的基础上引入二级控制主动指向超静平台（ASP）实现了载荷的振动隔离与敏捷机动。载荷与卫星平台之间的附加连接可能导致系统指向精度与隔振效果的下降。为此，利用仿真与试验分析研究了线缆、热管等附加连接对主动指向超静平台控制性能的影响。首先，利用牛顿-欧拉方法建立了超精超稳超敏捷卫星多级动力学模型，将线缆、热管连接等效为附加刚度，建立附加连接的力学模型，为分析附加连接对系统产生的影响提供动力学基础。其次，仿真分析了附加连接对系统隔振效果、稳定性的影响，为实际卫星的设计与测试提供理论支持。为进一步掌握附加连接的刚度特性和对系统控制性能产生的影响，设计对主动指向超静平台开展控制系统的全物理仿真试验。试验结果表明，采用试验中线缆、热管的装配布局对主动指向超静平台控制的稳定性、指向精度与稳定时间均无明显影响，试验中线缆、热管的装配布局对整星的安装设计有重要参考意义。最后，提出了一种自适应预设性能非线性控制器，解决了附加刚度存在下平台与载荷之间的耦合与振动抑制问题，数值仿真结果显示，提出的自适应预设性能控制改善了载荷与平台之间的动力学耦合问题，进一步提升了载荷的敏捷机动...     

SMA智能梁结构振动控制试验研究

形状记忆合金(SMA)材料凭借其弹性模量大幅度温变特性被成功应用于智能梁结构变刚度振动控制。根据变刚度控制原理,制定合理的控制策略,成功降低了系统的稳态和瞬态振动响应。试验发现:所采用的Ti50Ni41Cu9三元记忆合金具有较高的热响应速率,在温度控制下相变前后弹性模量能够发生4倍以上变化;将记忆合金板安装于组合梁根部,能够显著调节结构的前3阶固有频率;通过对记忆合金进行变温操作,有效降低了系统共振状态的响应,并研究了变刚度速率对系统非线性特征和控制效果的影响;通过制定温度加载策略,成功实现了宽频段变频激励下智能梁瞬态振动响应的控制。研究结果表明,对记忆合金进行温度控制可以有效改变结构的固有频率并影响振动特性,跨越共振区时进行变刚度操作所导致的非线性特征能够有效分散主频振动能量,较快的刚度变化速率有助于振动响应的进一步降低。     

Parameter analysis of PAF for whole-spacecraft vibration isolation

Whole-spacecraft vibration isolation, which is implemented by modification of the existing PAF (payload attach fitting), is a direct and effective approach toward improving the dynamic environment that a spacecraft experiences during its journey to the orbit. In this paper, based on Craig–Bampton component modal synthesis and theory about modal effective mass, both the condensed model and the simplified model of the whole-spacecraft vibration isolation system are obtained. By these models, effects of the PAF's parameters, i.e. stiffness and damping, on the transmissibility from the bottom of the PAF to the bottom of the spacecraft and acceleration response of the bottom of the spacecraft are analyzed. Results show that merely increasing the damping of the PAF can effectively attenuate the peak transmissibility, decreasing the stiffness of the PAF can further improve the vibration isolation performance, and can avoid resonance with the launch vehicle by adding enough damping in the PAF. Furthermore, the natural frequency of first lateral or longitudinal mode and their peak transmissibility of the spacecraft-PAF structure can only be estimated by the modal effective mass and the residual mass rather than the rigid body mass of the spacecraft.     

空气弹簧参数对减振性能的影响

讨论了空气弹簧刚度与工作压力、附加气室体积的函数关系,分析了阻尼对隔振传递率的影响,仿真说明了空气弹簧的隔振效果。     

新型液弹隔振器设计与仿真

针对直升机机身振动水平过大的问题,设计了一种带斜角橡胶件的新型主减液弹隔振器。通过动力学建模计算,分析了液弹隔振器传递特性,讨论了液弹隔振器设计参数对隔振效率的影响。对新型液弹隔振器性能进行了校核,结果表明该设计在各向减振效率高于60%的情况下仍具有高的静刚度,适用于直升机工程应用。     

同心与非同心型挤压油膜阻尼器减振能力的实验比较

为了比较带定心弹簧的同心型与不带定心弹簧的非同心型挤压油膜阻尼器(SFD)的减振能力，在同心型与非同心型SFD 多盘柔性转子系统实验装置上进行了不同转子不平衡质量及油膜径向间隙条件下的系列试验。结果表明:相对于刚性及纯弹性支承，两种SFD都能够有效地减小转子系统的振动。在同心型SFD 柔性转子系统中，当SFD的作用相对定心弹簧的作用较弱时，可以用定心弹簧来调整转子系统临界转速的位置，转子的临界转速在弹支临界转速附近；当SFD的作用相对定心弹簧的作用较强时，定心弹簧对转子系统临界转速的影响不大，转子的临界转速在刚支临界转速附近。非同心型SFD 转子系统的非线性特性比同心型SFD转子系统更为复杂，不仅会出现主共振，而且还会出现超谐共振及亚谐共振。      

静电负刚度谐振式加速度计的非线性振动特性研究

为了进一步探究微机电系统(MEMS)传感器领域中静电力对非线性振动的影响,以静电负刚度谐振式加速度计(ENSRA)为研究对象进行动力学建模和实验分析.基于哈密顿原理建立了ENSRA机电耦合的非线性振动动力学模型,分析了其高阶非线性刚度的来源,并结合实验现象探究了MEMS传感器中静电力对器件非线性振动的影响,得到了驱动力与静电力对高阶非线性刚度的一般关系.经过开环扫频实验表明,当驱动力从100mV降低到60mV时,非线性振动优化了49％,当调谐电压从10V降低到6V时,非线性振动优化了44％,输出非线性降低了将近4个数量级,器件整体性能大幅提升,有效改善了二阶非线性刚度项导致的谐振器刚度软化和谐振峰的左偏现象.     

星上光学有效载荷的两级隔振研究

 为实现星上光学有效载荷的高成像性能,对星上光学有效载荷的两级隔振进行了研究。所谓两级隔振,即除了对控制力矩陀螺群(CMGs)等执行机构振动源进行隔振外,还在光学有效载荷和星体之间加入隔振装置。首先建立了含有两级隔振系统以及CMGs和太阳帆板的整星动力学模型,并采用ADAMS工程软件验证了所推导模型的正确性;其次,在合理假设的基础上简化模型,分别求得由扰动源到星体和有效载荷的传递函数矩阵,分析CMGs隔振平台参数变化对姿态控制系统的影响,选择合理参数分析两级隔振系统的频域特性;最后通过数值仿真分析了两级隔振系统在星上应用的可行性,并通过频谱对比分析两级隔振系统对光学有效载荷姿态稳定度的改善程度。     

基于磁致伸缩作动器的主动隔振系统分析

基于材料的本构方程,建立主动隔振系统的模型,并对其动力学和控制稳定性进行了研究。分析和仿真表明,上层质量对主动控制力的影响较大,采用中间质量的加速度作为反馈量时下层刚度对隔振效果影响明显。在系统的前馈控制形式中,振动频率的变化不会影响系统稳定性,但反馈环节将会降低稳定裕度;在反馈控制形式中,随着振动频率的增大,次通道的延迟作用可能使系统不稳定。     

轮胎参数对双轮式起落架刹车耦合振动影响研究

目前对飞机起落架低频刹车耦合振动问题的研究主要停留在考虑轮胎参数影响的起落架纵向单自由度振动特性分析，对于多自由度低频刹车耦合振动的特性研究不足。基于Simcenter 3D 动力学分析软件建立双轮支柱式起落架刚柔耦合整机滑跑刹车分析模型，研究轮胎竖向刚度和侧偏刚度对双轮支柱式起落架低频刹车纵向、横向和扭转的多自由度耦合振动的影响。结果表明：轮胎的竖向刚度对起落架横向和扭转方向上的振动影响较大，轮胎竖向刚度变化33%，横向和扭转方向上的振动变化5% 左右；轮胎的侧偏刚度对起落架低频刹车横向上的振动影响较大，轮胎侧偏刚度变化33%，横向上的振动变化15% 左右。