空间微重力主动隔振技术研究

在轨运行航天器上的实验载荷面对的是航天器内的微重力环境。由于扰动传递到实验载荷上会影响实验的有效性,因此,需要对实验载荷采取一定的振为隔离手段。主动隔振能够有效隔离低至0.01Hz的扰动,成为微重力隔振技术的发展方向。国外多种隔振装置的研制成功,对我国航天实验载荷的主动隔振装置研制具有借鉴作用。     

空间站微重力环境研究与分析

太空中的微重力环境对基础科学研究和新技术开发具有重要意义,为了满足未来我国空间站开展微重力科学实验的需求,需要对空间站上的微重力水平进行分析和评估,指导高微重力要求实验载荷的布局和微重力实验期间的飞行任务规划。空间站上的微重力水平用加速度值度量,通常可以分为准稳态加速度、瞬态加速度和振动加速度。针对此问题调研总结了国际空间站的微重力研究情况,并以400 km轨道高度上100吨级"T"字型积木式空间站作为算例,估算其准稳态加速度大小及分布,并初步分析瞬态加速度水平的量级。结果表明,空间站准稳态加速度水平在1μgn量级,主要贡献来自重力梯度效应;瞬态加速度可达103μgn量级。文章对将来我国空间站微重力应用支持的设计工作有一定的借鉴意义。     

精密跟瞄Hexapod平台研制及其振动控制

为了实现星载光学设备的精密跟瞄,以自行研制的宏/微双重驱动复合作动器为主动元件,设计了合理的平台构型,选择并装配了铰链等关键部件,组装完成了具有振动主动控制和大幅跟瞄能力的Hexapod平台原理样机。利用牛顿-欧拉法建立了Hexapod平台线性动力学模型。采用改进的自适应振动消减器(ADC)方法进行了平台主动隔振的控制仿真与实验研究。由仿真结果可知,当Hexapod平台底部受到方向不同的双频正弦微振动干扰时,控制可以隔离干扰向平台上平面的传播;在实验中,平台上平面处于水平位置及转动一定角度时,底部微扰动引起的各杆振幅均下降了90%左右。结果表明了所研制的Hexapod平台用于主动隔振的可行性、建模的有效性以及改进的ADC方法的合理性。     

基于模态滤波器的柔性智能桁架结构振动主动控制实验研究

基于模态滤波器技术和最优控制理论 ,在测量加速度的情况下 ,采用独立模态空间控制方法研究了空间柔性智能桁架结构的振动主动控制问题。在研制了智能桁架结构的基础上 ,基于计算机控制系统理论 ,采用加速度测量进行了柔性智能桁架结构的实时计算机振动主动控制实验研究。实验结果表明该控制方法是行之有效的     

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。     

某型无人直升机典型任务设备隔振设计

某型无人直升机典型任务设备中采用了大量玻璃晶状管等精密元器件,对振动环境要求较高。介绍了隔振设计思路,对初始隔振方案进行分析,提出了隔振优化方案并建立动力学有限元模型,对优化隔振系统的隔振效果及稳定性进行分析,并通过动特性试验及飞行试验验证了设计。试验验证结果表明,该优化设计方案取得了较好的隔振效果,解决了任务设备对振动环境要求高的难题,对设备隔振安装具有一定的指导意义。     

惯性制导火箭橇试验橇体结构减振隔振设计

主要针对惯性制导火箭橇试验中惯性测量装置力学环境要求严格的难题, 提出采用斜劈面外形控制和发动机斜置的方式对火箭橇系统进行减振处理,对减振平台 施加柔性预紧力的方式进行隔振处理,有效控制惯性测量装置在火箭橇运行过程中所处 的加速度环境。通过模拟仿真与试验验证,该方法有效地将惯性制导段切向加速度控制 在3g 以下,竖向加速度控制在4g 以下,大幅度减小试验过程中切向和竖向振动值。为 以后惯性制导火箭橇试验力学环境控制提供重要支撑。     

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。      

载人航天概率风险评价工程实践及其在空间应用中的前景分析

在总结国外概率风险评价技术在载人航天领域的工程实践基础上,剖析了该技术在载人航天的范围、对象、实施条件等工程适用性问题。结合我国空间站工程空间应用系统有效载荷产品的特点和空间科学与应用实验任务需求,对概率风险评价技术在空间应用系统中的应用前景进行初步分析,提出了该技术在空间应用系统中推广应用的实施策略和实施流程,并以高微重力科学实验过程为例进行了建模示例,探讨了其工程应用的可行性,为后续开展空间科学与应用实验过程的安全性定量风险评价工作提供了参考。     

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。     

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.      

用仿真实验研究装备中一类非线性混沌振动的主动隔振

笔者运用主动隔振原理，对Duffing非线性振子，设计了参数自调节的PID控制算法，对Duffing振子混沌振动进行了主动隔振数值仿真实验，实现了对混沌振动的良好隔振。仿真结果表明：在混沌振动中应用主动隔振技术的有效性。     

大型精密稳定平台阻尼减振系统仿真与优化设计

机载大型高精度惯性测量设备对稳定平台的隔振环境要求很高。本文提出了增加斜置阻尼器的平台阻尼减振系统方案,并通过有限元仿真软件对该系统方案进行了动力学仿真验证,包括模态、谐响应、瞬态动力及随机振动等方面的分析。对系统的实际谐振频率、动态放大系数、缓冲加速度及随机振动加速度响应等方面进行了计算、比较和优化。从中进一步认识了减振器、斜置阻尼器参数及其组合在六自由度减振系统中的作用和影响。所述方法具有重要的实际工程分析意义,有助于减少试验成本,缩短研制周期。     

振动环境技术在直升机研制中的地位和作用

本文简要介绍直升机研制中的一些故障现象及排除方法。以某型号为依托,介绍排除振动故障的过程;和动力学减振隔振技术结合,加装吸振器,通过参数调整达到最佳效果。从而揭示了振动环境技术工作在整个直升机研制工作中的重要地位和作用。以数据和图表简单形象地展示这一过程和最后效果。     

绝对重力仪隔振系统发展综述

绝对重力仪是测量重力加速度的精密仪器,在计量学、地球物理、资源勘探、辅助导航等领域有着重要意义和广泛应用。目前,绝对重力仪的测量精度已经达到微伽(μGal,1μGal=1×10-8m/s2)量级,而地面振动噪声严重影响着仪器的测量精度,垂直隔振系统的性能已成为限制绝对重力仪精度的瓶颈。对绝对重力仪所应用的超低频垂直隔振系统进行了详细回顾。现有的超低频垂直隔振系统可被分为被动式隔振和主动式隔振两大类。其中,被动式隔振系统主要基于零长弹簧结构,周期一般可超过15s。主动式隔振系统可以分为一级主动式隔振系统和二级主动式隔振系统,其结构形式包含弹簧振子结构、弹簧摆杆结构等。通过测量待隔振物体的位移、速度、加速度信号等信息并进行反馈控制,可实现超低本振频率,等效周期可超过15s,最长可超过100s。国内研究机构已经开展了多年的针对超低频垂直隔振系统的研究工作,并取得了阶段性的研究成果。通过改进,有望将超低频垂直隔振系统应用于国产绝对重力仪,显著提高仪器的整体性能。     

典型支架动力学模型修正与隔振设计

在民机研制过程中,设计要求机载设备所能承受的振动量值需高于标准中规定的量值,而实际上由于供应商设备是货架产品,不一定按照DO-160G规范中所规定标准谱开展振动环境试验。为满足设备振动环境试验要求,在支架装机使用前需要采用相应的减振措施来降低设备处响应。以某型支架为研究对象,对典型支架进行了模态及随机响应分析,并对假件及安装支架实施了正弦扫频试验。依照各方向的扫频试验数据对有限元模型各阶响应进行动力学模型修正,添加刚度及阻尼单元。修正后的模态频率误差在2%以内,相应模态频率处的峰值误差在5%以内。随后对假件-支架系统开展了隔振设计,通过在支架与机身连接处增加隔振器及粘贴阻尼层的方式,使得隔振后的仿真随机响应低于DO-160G标准谱20 dB,结果表明隔振措施有效。     

卫星留轨舱微重力防火实验研究

介绍卫星搭载实验项目导线着火前期特性硬件研制以及实验结果。空间飞行实验中获得了导线着火前期的温度和辐射特性,继而研究了导线过载电流、导线捆绑方式对导线绝缘层着火前期特性的影响,同时将微重力下的实验结果与地面功能模拟的实验结果进行了对比。实验结果表明,微重力环境下自然对流基本消失,导线和电子电气元件的散热情况恶化,在过载情况下就可能过热,从而导致失火。空间飞行实验中导线先期着火征兆的获得,将为开发我国微重力下的着火监测和早期报警装置提供新的技术途径。     

载人航天器操作器系统述评(续)

地球轨道载人航天器的操作器系统用于支持微重力环境舱外活动运作,对空间站的组建与维护以及空间科学实验具有重要的作用。研究分析美国航天飞机与国际空间站及俄罗斯和平号空间站上所有的操作器系统,即美国航天飞机遥控操作器系统;国际空间站上的空间站移动服务系统、日本实验舱遥控操作器系统、欧洲自动臂、轨道更换单元搬运装置、以及改进型天箭号吊机;和平号空间站上的天箭号吊机与舱段再对接操作器系统。其中,轨道更换单元搬运装置与天箭号吊机由航天员直接手动操作,而其它操作器系统都是自动运作。每个操作器系统都有确定的应用目的,合理的设计使它们成功地执行各自所赋予的使命。     

金属橡胶冲击隔振系统试验研究

金属橡胶抗冲击隔振器利用干摩擦和弹性变形消耗冲击能量,实现缓冲减振的目的。本文针对某飞行器抗冲击隔振的需求,设计了金属橡胶抗冲击隔振器,并进行了冲击试验,结果表明最大加速度响应和冲击隔离系数随着冲击时间增加而加大,同时冲击隔离系数受冲击载荷的大小影响。在冲击载荷较小时冲击隔离系数随冲击载荷增加而减小,超过一定范围后,冲击隔离系数随着冲击载荷的增加而加大。     

金属橡胶冲击隔振系统试验

金属橡胶抗冲击隔振器利用干摩擦和弹性变形消耗冲击能量,实现缓冲减振的目的.针对某飞行器抗冲击隔振的需求,设计了金属橡胶抗冲击隔振器,并进行了冲击试验,结果表明最大加速度响应和冲击隔离系数随着冲击时间增加而加大,同时冲击隔离系数受冲击载荷的大小影响.在冲击载荷较小时冲击隔离系数随冲击载荷增加而减小,超过一定范围后,冲击隔离系数随着冲击载荷的增加而加大.