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。

高分辨小卫星飞轮微振动橡胶隔振器的设计

高分辨小卫星采用一体化结构设计,既减轻了整星结构重量同时又提高了星内空间利用率,但这种结构设计使飞轮的安装位置靠近了光学相机。飞轮产生的不平衡扰振使相机次镜发生抖动,最终导致卫星成像变得模糊,如何隔离飞轮产生的扰振,已经成为高分辨小卫星研制流程中重要的研究方向。首先,测量飞轮产生的扰振,通过傅立叶变换得到飞轮扰动力频谱图;然后,利用Matlab分析有限元仿真结果和飞轮频域数据,得出次镜在飞轮扰共振峰频率处发生耦合,次镜X、Y、Z向最大角位移幅值分别为0.016″、0.013″、0.03″,不满足次镜最大角位移小于0.01″的设计要求;最后,设计橡胶隔振器来隔离飞轮产生的共振峰,对比其他类型的隔振器,橡胶隔振器具有质量轻及刚度、阻尼、外形尺寸的可设计性等优点,采取橡胶隔振后,次镜X、Y、Z三向最大角位移分别为0.0015″、0.0015″、0.008″,满足卫星次镜角位移的设计要求,橡胶隔振器对飞轮共振峰的隔振效率达60%以上,证明橡胶隔振器隔振效果明显,满足高分辨小卫星的隔振要求。

高分辨光学卫星飞轮微振动隔振器的设计

反作用飞轮产生的微振动使高分辨光学卫星成像变得模糊,甚至导致高分辨光学卫星无法对地成像。为减弱飞轮微振动对成像的影响,采用金属橡胶隔振器隔离飞轮产生的微振动。首先,测量飞轮产生的微振动并分析其频谱特性;然后,利用有限元软件对"吉林一号高分星"进行频率响应分析,以获得相机内部光学元器件的敏感频率点;最后,将光学元器件的敏感频率点及飞轮振动频谱特性作为设计金属橡胶隔振器固有频率及阻尼比的依据。成型后的金属橡胶隔振器轴、径向固有频率分别为155 Hz、160 Hz,安装金属橡胶隔振后飞轮在249 Hz(共振峰值频率)处的隔振效率达80%。隔振前卫星次镜X、Y、Z向最大角位移为0.011″(249 Hz/2 800 r?min^(-1))、0.01″(249 Hz/2 800 r?min^(-1))、0.023″(249 Hz/1600 r?min^(-1)),隔振后最大角位移为0.002 2″(155 Hz/1 600 r?min^(-1))、0.002 2″(155 Hz/1 600 r?min^(-1))、0.001 2″(160 Hz/1 600 r?min^(-1)),与无隔振条件下相比角位移峰值减小达70%,满足次镜三向最大角位移小于0.008″的设计要求,表明金属橡胶隔振器设计合理,隔振效果明显。

聚氨酯隔振器设计及隔振效果仿真分析

为了解决高分辨一体化小卫星调姿飞轮微振动使成像质量变模糊的问题,利用聚氨酯弹性阻尼性质,设计聚氨酯隔振器来隔离飞轮产生的微振动,有效的隔离了飞轮产生的共振峰。聚氨酯隔振器对安装空间要求较小、安装工艺简单、对原有卫星结构改动小,具有重量轻、高弹性、阻尼可调、抗离子辐射及抗老化等优点,非常适合作为隔离小卫星上飞轮扰振的隔离器。通过有限元和Matlab仿真分析聚氨酯隔振器对相机次镜的效果,聚氨酯隔振器有效的控制了相机次镜的最大角位移,证明聚氨酯隔振器结构设计合理、隔振效果明显。