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。     

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。     

翼吊发动机安装结构等效建模及其隔振设计

为了研究翼吊发动机安装结构隔振特性并优化其隔振器设计,建立了发动机安装节-吊架-机翼结构理论分析及有限元模型.利用有限元方法进行了模态验证并分析了安装结构的隔振特性.进行发动机3种典型工况下的结构动响应分析确定了振动传递的主路径.基于振动传递路径法研究了隔振器参数和安装位置对安装系统隔振性能的影响规律.结果表明:振动载荷经安装结构后低压转子转频和高压转子转频峰值响应分别降低22.03%和14.65%.低压转子转频振动传递主路径为发动机-前安装节-吊架-机翼,高压转子转频为发动机-后安装节-上连杆-机翼.通过合理设置隔振器位置可以使安装系统隔振率达到50.41%,隔振器的频率比为5和阻尼比为0.25时安装系统隔振率可达70.67%.为了优化整个发动机安装系统的隔振效果,设计隔振器时必须选取合适的安装位置和参数.      

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。     

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。     

反共振隔振装置隔振原理分析

本文以某型机为背景机,利用大型有限元标准通用分析软件MSC/NASTRAN对反共振隔振装置的隔振原理进行了分析,为新型旋翼/机身隔振装置(NSRFVI)的研制提供依据.     

车载摄像稳定平台隔振系统优化研究

建立了车载摄像稳定平台结构的有限元模型,针对平台的工作环境采用模 态叠加法对平台的隔振系统进行了仿真,得到了特定路面环境下减振器刚度和阻尼对平 台系统的影响。并根据仿真结果对平台结构方案进行了优化,为车载摄像稳定平台下一 步研究提供依据。     

基于可靠性理论的整星隔振器刚度设计(英文)

传统卫星适配器由于其刚度非常大,导致其不具有任何隔振效果。所以提出了一种新型整星隔振器,这种新型整星隔振器可以对刚度进行设计以满足卫星、隔振器耦合系统对固有频率的需要。基于可靠性理论和实验数据,讨论了这种整星隔振器的刚度特性。数值模拟和实验结果都表明,通过修改隔振器肋板及相应参数,卫星-隔振器耦合系统的固有频率可以控制在很大的范围之内。同时,也论证了耦合系统的固有频率控制效果。     

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...     

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。      

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%。     

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.     

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。     

全尺寸栅格舵铰链力矩天平研制

为准确获取带控制系统全尺寸栅格舵的静、动态铰链力矩数据,分析舵控系统性能,需要研制强度、刚度、灵敏度及抗电磁干扰能力均符合试验要求的风洞侧壁支撑天平。栅格舵法向力大,铰链力矩小,且试验平台限制了天平结构的长度,导致天平在载荷匹配与元件布置方面有较大难度。通过有限元分析技术优化天平结构,在适量放大铰链力矩载荷设计指标的基础上,采用法兰盘代替传统的锥连接,天平各元件串联布局等手段,成功研制出了满足试验要求的天平。试验结果显示,模型静、动态试验数据规律良好,天平的动态响应能力及对小量铰链力矩的测量满足试验需求。     

多维磁悬浮隔振系统动力学模型与控制策略

磁悬浮隔振系统具有非线性、强耦合、高响应、宽频带等特点，系统的隔振控制目标与其定子和浮子之间的位置约束相互制约，这对系统的精密控制提出了较大的挑战。为解决该问题，建立了面向控制的六自由度磁悬浮隔振系统非线性动力学模型，并提出了双闭环控制策略，使系统在低频到中高频带内实现隔振控制，在极低频带内实现跟踪控制。采用PD定点控制算法，在MATLAB/Simulink环境中开发了控制系统仿真程序，通过分析不同扰动频率下浮子的绝对运动响应以及定子与浮子之间的相对运动响应，获得了系统的隔振控制与跟踪控制仿真结果。搭建了磁悬浮隔振平台样机测试系统，验证了动力学模型的正确性和控制策略的有效性。     

微振动隔振器动态阻尼系数的测试方法

阻尼系数的确定对于隔振设计非常重要。针对大阻尼黏性流体微振动隔振器,提出一种确定三参数模型阻尼系数的机械阻抗等效理论与测试方法,将三参数模型简化为等效的便于试验测试的两参数隔振模型。将由自行设计的试验系统测量得到的阻尼系数和刚度系数输入到ADAMS仿真模型中,得到等效阻尼系数,并与直接采用迟滞环法得到的隔振器的等效阻尼系数进行对比分析。研究结果显示,两种方法得到的结果具有良好的一致性,证明了本文方法的可行性和可用性。本文方法还可得到以往传统方法难以得到的动态阻尼系数随频率的变化规律,对于隔振设计具有重要的参考价值。由于提出简化的等效模型,使得隔振器阻尼系数的测试更加快捷方便,本方法可推广应用于具有更多参数的隔振器阻尼系数的测量。