八作動(dòng)器隔振平臺(tái)及整星隔振研究.pdf

1、在衛(wèi)星的壽命周期內(nèi)，發(fā)射過(guò)程中的振動(dòng)環(huán)境最為惡劣。惡劣的振動(dòng)環(huán)境對(duì)衛(wèi)星的設(shè)計(jì)和生存產(chǎn)生不良影響，一方面它是造成衛(wèi)星發(fā)射失敗的主要原因，另一方面它導(dǎo)致笨重的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前，衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要就是針對(duì)其發(fā)射過(guò)程中的振動(dòng)環(huán)境，通常采用增強(qiáng)衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，或?qū)π巧蟼€(gè)別敏感元件單獨(dú)隔振的方法來(lái)保證衛(wèi)星的安全，但這都要增加衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，增加的質(zhì)量不但對(duì)于在軌運(yùn)行的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)是多余的，而且增加了衛(wèi)星的發(fā)射成本，同時(shí)降低了運(yùn)載器發(fā)射其它載荷的能力。

2、星箭連接適配器是運(yùn)載器和衛(wèi)星的連接界面，傳統(tǒng)上為剛度大固有頻率密集的結(jié)構(gòu)，這使得它幾乎傳遞了所有的來(lái)自運(yùn)載器的偽靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的發(fā)射載荷。采用整星隔振的方法，即利用隔振器來(lái)改造或替換現(xiàn)有的星箭連接適配器，可以有效地改善衛(wèi)星在發(fā)射過(guò)程中的振動(dòng)環(huán)境。本論文中采用具有冗余特性的八作動(dòng)器被動(dòng)隔振平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)整星隔振，重點(diǎn)研究八作動(dòng)器隔振平臺(tái)的分析和設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證平臺(tái)的隔振性能。
　　為了模擬衛(wèi)星發(fā)射過(guò)程中所承受的偽靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷

3、，進(jìn)行整星隔振的初步分析，文中首先建立了衛(wèi)星發(fā)射過(guò)程中火箭依靠重力轉(zhuǎn)彎的質(zhì)心軌道動(dòng)力學(xué)方程，然后建立了沿該軌道飛行時(shí)火箭-隔振平臺(tái)-衛(wèi)星整體的縱向振動(dòng)方程。對(duì)軌道方程和振動(dòng)方程的仿真分析表明：在不改變星箭連接適配器剛度的情況下，通過(guò)增大其阻尼，可以有效地抑制傳遞到衛(wèi)星的振動(dòng)載荷；而用隔振器替換現(xiàn)有適配器，也就是降低衛(wèi)星和火箭的連接剛度，可以進(jìn)一步提高隔振效果。
　　文中重點(diǎn)研究了八作動(dòng)器隔振平臺(tái)的分析和設(shè)計(jì)方法。分別采用兩參數(shù)作動(dòng)

4、器模型和三參數(shù)作動(dòng)器模型，利用牛頓—?dú)W拉法建立了八作動(dòng)器隔振平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型。在兩參數(shù)作動(dòng)器模型中，阻尼器與支撐彈簧并聯(lián)；在三參數(shù)作動(dòng)器模型中，阻尼器與表示流體體積有效剛度的彈簧串聯(lián)后再與支撐彈簧并聯(lián)。此外為了防止衛(wèi)星和整流罩發(fā)生碰撞，提出了兩種增強(qiáng)隔振平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的方法，即流體剛度耦合方法和雙平行連桿機(jī)構(gòu)方法。分析結(jié)果表明：采用八作動(dòng)器隔振平臺(tái)不但可以有效地實(shí)現(xiàn)整星隔振，而且因其固有的作動(dòng)器冗余特性，即使一個(gè)或兩個(gè)作動(dòng)器失效，仍然能夠

5、保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，避免發(fā)生災(zāi)難性的后果；采用三參數(shù)作動(dòng)器搭建的平臺(tái)可以進(jìn)一步提高平臺(tái)的隔振性能；兩種增強(qiáng)隔振平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的方法都可以有效地抑制平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
　　為了分析運(yùn)載火箭動(dòng)力學(xué)特性對(duì)隔振平臺(tái)隔振效果的影響，以及用隔振平臺(tái)替代現(xiàn)有適配器對(duì)整個(gè)運(yùn)載火箭動(dòng)力學(xué)特性的影響，文中對(duì)隔振平臺(tái)與衛(wèi)星、運(yùn)載火箭整體的耦合作用進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明：在起飛和一級(jí)分離時(shí)刻，用被動(dòng)隔振平臺(tái)替代現(xiàn)有適配器對(duì)運(yùn)載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響不大，但在二級(jí)分離

6、后時(shí)刻，這種替代對(duì)運(yùn)載系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響不能忽略，此時(shí)飛行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性需進(jìn)行檢驗(yàn)。
　　文中還對(duì)影響隔振平臺(tái)性能的其它因素進(jìn)行了分析。首先考慮到實(shí)際的作動(dòng)器具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，建立了考慮作動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的八作動(dòng)器隔振平臺(tái)模型，分析表明：作動(dòng)器的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在一定程度上降低了隔振效果，但當(dāng)其與衛(wèi)星的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相比很小時(shí)，對(duì)隔振系統(tǒng)的固有頻率和傳遞特性影響較小，在分析中可以忽略。然后建立了計(jì)及作動(dòng)器分布質(zhì)量的八作動(dòng)器隔振平臺(tái)模型，

7、分析表明：由于隔振器自身局部共振的存在，傳遞率在高頻部分出現(xiàn)了多個(gè)峰值，這將降低隔振平臺(tái)的實(shí)際隔振效果。最后利用工程軟件ADAMS對(duì)分析中采用的線性模型進(jìn)行了檢驗(yàn)。
　　目前工程上通常采用隔振器底部到頂部的振動(dòng)傳遞率來(lái)評(píng)價(jià)隔振性能，這種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是從被隔振體為剛體的單自由度隔振問(wèn)題派生出來(lái)的，將其應(yīng)用到類(lèi)似于整星隔振的柔性體隔振系統(tǒng)是有局限性的。文中對(duì)柔性體隔振的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題進(jìn)行了探討，給出兩種適合評(píng)價(jià)柔性體隔振系統(tǒng)性能的方法，即隔