基于剪切阻尼的整星减振技术研究

卫星在运载火箭飞行过程中经历复杂的振动冲击环境,恶劣的动力学环境给卫星的使用寿命带来不利影响,甚至导致卫星失效和破坏。通过对粘弹性阻尼材料的吸能减振原理的研究,提出基于剪切阻尼的整星减振结构设计方案,针对模拟卫星、适配器及整星减振装置组合体结构开展数值仿真预示和试验验证工作,结果表明两者吻合较好,验证了基于剪切阻尼整星减振技术的有效性。

整星减振技术的发展趋势

介绍了整星减振技术的研究背景,对整星结构响应预示方法进行了概括,分析了现有整星减振技术的优缺点,并做了总结和展望。

整星阻尼减振方案及试验结果分析

为改善整星振动环境,研究了在星箭转接锥附加约束阻尼层(CLD)提高整星阻尼的可行性。用有限元方法计算和优选约束阻尼层减振方案,并根据结构特点,综合考虑阻尼增量和附加质量,获得了合理的约束阻尼减振方案。在结构星上进行了振动试验以验证方案的整星减振效果。分析和试验结果表明:此约束阻尼层减振方案有一定的减振效果,可靠性高,且不改变卫星原技术状态。另发现,采用的试验方法和结构星本身因素可能影响整星阻尼减振的减振效果评价。

传统星-箭连接PAF的改进及其减振性能

为实现发射段卫星的整星减振,提出了一种改进传统星-箭连接适配器(PAF)以增大其阻尼的方法。根据建立的PAF-卫星系统纵向振动简化模型,分析了改进型PAF阻尼比、质量比和频率比对振动传递率的影响。有限元仿真结果表明,该改进方法可获得较好的整星减振性能,且方法简单,易于工程实现。

惯容器非线性减振与能量采集一体化模型动力学分析

为了解决航天工程中减振和能源供应的问题,构建了一种应用于航天工程的整星减振和能量采集一体化装置,设计并考察了一种基于非线性能量汇(nonlinear energy sink, NES)的新型非线性减振装置,通过以惯容器(inerter)替代传统的惯性元件以减少负载质量,并在该装置中整合了基于超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material, GMM)的能量采集器.在整星减振的实际背景下对其进行了建模、仿真和分析,同时通过数值计算,考察分析了能量采集器采集振动能量的效果.研究结果表明,在合理选择的参数下,该NES-inerter-GMM(NES-I-GMM)装置能够很好地起到减振作用,同时收集一定的振动能量.