卫星主动段力学环境监测系统设计

为精确获取卫星发射主动段星箭界面的加速度与界面力,设计了卫星主动段力学环境监测系统。系统由振动监测单元、振动传感器及应变片组成,其中,振动监测单元设计有3种工作模式——主动段测量模式、在轨振动数据分析模式及振动数据传输模式,采用基于应变的星箭界面动态载荷识别技术,具备6路振动力学传感器数据采集和24路应变数据采集能力。地面试验验证表明,该系统的振动测量精度达到10%,应变测量与LMS(LabVIEW Measurement Studio)系统应变采集数据之间的误差最大不超过4%。实际搭载中获得的星上主动段力学环境测量结果可为优化卫星分析模型和完善卫星地面力学环境模拟试验条件提供参考依据,并为卫星的后续研发与应用提供重要的技术支持。

冲击扰动下空间柔性体振动的主动抑制研究

将浮动基Stewart平台作为振动控制作动装置,串联在卫星平台与空间大柔性体之间,并设计积分加速度反馈和积分力反馈控制器来抑制柔性体振动。对比分析采用被动阻尼、积分加速度反馈、积分力反馈振动抑制方法时柔性体与卫星本体之间的位移传递特性。通过计算系统各阶模态下Stewart平台的模态应变能比例,明确Stewart对柔性体低阶模态振动抑制效果好于对高阶模态振动抑制效果,并分析不同控制策略下系统稳定性,给出最佳振动控制增益。建立“卫星本体-Stewart平台-柔性太阳阵”的Adams模型,研究太阳阵受瞬态激励和姿态机动工况下,分别采用积分加速度反馈和积分力反馈时Stewart平台的振动抑制能力。结果表明,将Stewart平台作为主动作动装置,对于冲击扰动引起的低频柔性振动具有显著抑制作用,且积分力反馈的振动抑制效果优于积分加速度反馈。

包带约束下的星箭连接环组合力学分析

为推动星箭连接环产品的标准化、型谱化,必须精准分析连接环在卫星发射阶段的应力与变形并评估其承载能力。将星箭连接环上的力学作用分解为线性的发射过载与非线性的包带接触,采用ABAQUS软件建立接触与过载的组合分析模型,时序上的分步分析使得非线性求解能够收敛。分析结果表明:包带约束对连接环的应力、变形影响明显,该型星箭连接环最大可承载质量3 500 kg、质心高度2 m的卫星。

卫星飞轮隔振与吸振联合减振系统设计

分析了抑制卫星飞轮振动的方法,提出了隔振为主、吸振为辅的联合减振方案。研究了会聚式隔振系统参数对其减振性能的影响;针对会聚式隔振系统存在的不足,提出了圆周分布式吸振方法和相应的吸振系统,分析表明会聚式隔振系统在4个方向的隔振效率达90%以上。根据会聚式隔振系统在X平动方向隔振效率较低的问题,建立了会聚式隔振和圆周分布式吸振的联合减振系统仿真模型。仿真结果表明,联合减振系统较单纯的隔振系统在X平动方向减振效率提高近50%,且不改变其他方向的减振性能。因此,联合减振设计方法合理可行,适用于卫星飞轮等主要振源的振动抑制,并为飞轮联合减振系统的工程化设计提供了理论支持。

FY-4卫星微振动抑制技术研究

根据装载干涉式大气垂直探测仪对微振动抑制的要求,对风云四号(FY-4)卫星的微振动抑制技术进行了研究。通过统计星上振源,规划整星级频谱,研究微振动传播机理,设计了振源隔离和载荷隔振的双级隔振系统。给出了动量轮的隔振设计,将动量轮的安装支架由刚性变为基于六角架(Hexapod)构型的非线性变刚度柔性支架,隔离动量轮传递至卫星平台的振动干扰,从源头控制振动。分析了发射段幅频特性和在轨段隔振性能,结果表明试验结果与理论分析一致。在此基础上,采用隔振组件和解锁组件并联使用方式,实现干涉式大气垂直探测仪的二次隔振设计,以进一步抑制卫星平台传递至探测仪的微振动干扰。地面微振动试验和在轨微振动实测结果表明:隔振系统能使卫星平台传递至载荷安装面的微振动量级控制在0.1×10-3g以下,满足指标要求。FY-4卫星微振动抑制技术可为其他卫星的微振动抑制提供参考。

动力吸振器在飞轮振动控制中的参数分析

研究动力吸振器对飞轮振动的抑制效果,采用多变量多变异位自适应遗传算法优化调谐频率比和吸振器阻尼比,通过回归分析得到阻尼系统最优参数的数学表达式并研究表达式的精度。仿真分析表明,采用自适应遗传算法能够高效计算最优参数,且回归分析可以得到精度较高的参数表达式;在飞轮模拟振源激励下,最优吸振器明显降低主结构垂直方向的振动响应,且在其他两个方向也有一定的减振作用。参数分析的方法为卫星飞轮振动控制提供一个全新的研究思路。

动力吸振器在飞轮振动控制中的应用

为了研究动力吸振器对飞轮振动的抑制效果,采用多变量多变异位自适应遗传算法得到阻尼系统的吸振器最优参数,运用回归分析得到最优参数的数学表达式。通过仿真和实验验证最优吸振器设计的合理性和检验吸振器的减振性能。分析表明,最优吸振器能够降低飞轮的振动响应,采用遗传算法能够高效的计算最优参数,仿真和实验验证吸振器对飞轮振动的抑制效果非常明显。

在卫星飞轮上采用机械变频的动力吸振技术

为拓宽动力吸振器的工作频带,以满足卫星飞轮振动控制的需求,提出了一种新型的基于机械变频技术的动力吸振器结构,对该变型结构的工作原理进行理论分析和实验研究后表明,机械变频装置的引入,可以有效地将动力吸振器的工作频带拓宽到20 Hz。由此,能够有效抑制飞轮安装板的对于飞轮振动的响应幅值,频率调节范围增大;而且结构紧凑,可靠性高。这一改进的动力吸振技术为卫星飞轮振动控制提供了新的研究方法。

卫星飞轮隔振系统频率漂移诱发低频共振现象

建立了卫星飞轮隔振系统的力学模型,研究了在弹性支撑下飞轮转动与进动共同作用下飞轮隔振系统的固有频率变化规律。通过理论分析得出,飞轮逆向进动频率与飞轮转动分频在低频段交汇,会诱发隔振系统的低频共振。进行了飞轮隔振系统的动力学试验,验证了系统的固有频率存在频率漂移现象,同时证明飞轮在高转速下会诱发系统在低频区域的共振。提出了增加系统阻尼的方法来抑制低频共振现象,试验表明,该方法可有效减缓频带漂移诱发的低频共振问题。