整星隔振器CAD建模

1、 CAD課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)整星隔振系統(tǒng)CAD建模 院系 航空航天工程學(xué)部（院） 專(zhuān)業(yè)飛行器設(shè)計(jì)與工程（空間）班號(hào) 24030601 學(xué)號(hào) 2012040306029 姓名 張 揚(yáng) 指導(dǎo)教師 楊靖宇 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)2015年9月 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)CAD課程設(shè)計(jì)承諾書(shū)本人聲明所呈交的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的設(shè)計(jì)工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得沈陽(yáng)航空航天大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。本人授權(quán)沈陽(yáng)航空航天大學(xué)可以將論文的全部或部分內(nèi)容進(jìn)行存檔，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編

2、論文。（保密的論文在解密后適用本承諾書(shū)） 作者簽名： 日 期：2015.9.18 摘 要在衛(wèi)星的整個(gè)壽命周期內(nèi)，發(fā)射階段是最易受到損壞的階段。在發(fā)射階段，衛(wèi)星將受到運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的準(zhǔn)靜態(tài)推力、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的隨機(jī)振動(dòng)、整流罩受到的氣動(dòng)激勵(lì)以及各級(jí)火箭分離時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)沖擊等。由于傳統(tǒng)的星箭連接采用錐殼適配器，其剛度很大，幾乎能夠傳遞所有來(lái)自于運(yùn)載火箭的載荷，這些載荷對(duì)衛(wèi)星安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為降低衛(wèi)星受到的來(lái)自于運(yùn)載火箭的各種振動(dòng)和沖擊載荷，采用整星隔振是近年來(lái)新興起的衛(wèi)星隔振措施。本文用質(zhì)量阻尼彈簧模型分析在地面震動(dòng)試驗(yàn)條件下帶隔振器的衛(wèi)星振動(dòng)響應(yīng)，得出了衛(wèi)星模態(tài)阻尼、衛(wèi)星頻率下降率和隔振器

3、損耗因子對(duì)隔振效果的影響關(guān)系，從抑制共振響應(yīng)峰值和隔離中高頻振動(dòng)兩方面提出了整星隔振器剛度和阻尼設(shè)計(jì)的若干準(zhǔn)則。 關(guān)鍵詞：整星隔振 原理 阻尼ABSTRACTThe satellitelaunch phase is the mostvulnerable to damageinthe whole life cycle.During the launch phase, the satellite will be stressed by the combustion of rocket engine which produced quasi static thrust, engine random

4、vibration and fairing by gas dynamic excitation at all levels as well as the separation of the rocket is generated when the transient shock.The traditional star arrows the conical adapter connection, the stiffness, barely able to transfer all from launch vehicle load, the load to the safety of a sat

5、ellite constitutes a serious threat. The entire star isolation that rising of a new satellite vibration isolation measures in order to reduce the load by satellite from the launch vehicle vibration and impact in recent years. In condition ofground vibration test and analyzing of the spacer satellite

6、 vibration exciter in the quality-damping -spring model, it is obtained the modal damping of the satellites, drop rate of frequency satellite and the relationship of vibration isolator loss factor of the effect of vibration isolation. It presents the entire star isolator stiffness and damping design

7、 of several criteria from the suppression of resonance peak and the isolated vibration in high frequency. Keywords: The whole spacecraft isolation Principle Technology目 錄摘 要4第1章 緒論8 1.l 引言8 1.2 整星隔振技術(shù)的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)8 1.2.l 整星隔振技術(shù)的特點(diǎn)7 1.2.2 整星隔振技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)9 1.2.3 整星隔振技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12第2章 本文的主要研究工作14 2.1 整星隔振系統(tǒng)零件建模14

8、 2.2 整星隔振器通零件的組裝21 第3章 總結(jié)23LIST OF FIGURE圖1.隔振器下底盤(pán)的建立（1）.16圖2隔振器下底盤(pán)的建立（2）.16圖3隔振器主減震器的建立.17圖4隔振器上底盤(pán)的建立（1）.17圖5隔振器上底盤(pán)的建立（2）.18圖6在上下支撐臺(tái)建立四根相互對(duì)稱的軸.18圖7在四根軸的中間1/3部位處截去相等的長(zhǎng)度19圖8在四根軸截去的部分安裝減震器.19圖9成型的整星隔振器.20圖10衛(wèi)星模型.20圖11衛(wèi)星和隔振器的組合體.21圖12成型的整星隔振系統(tǒng)（1）.21圖13成型的整星隔振系統(tǒng)（2）.22第一章 緒論1.1 引言CATIA是法國(guó)Dassault System公

9、司旗下的CAD/CAE/CAM一體化軟件，Dassault System 成立于1981年，CATIA是英文 Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 的縮寫(xiě)。在70年代Dassault Aviation 成為了第一個(gè)用戶，Dassault Aviation 是世界著名的航空航天企業(yè)，其產(chǎn)品以幻影2000和陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)最為著名。從1982年到1988年，CATIA 相繼發(fā)布了1版本、2版本、3版本，并于1993年發(fā)布了功能強(qiáng)大的4版本，現(xiàn)在的CATIA 軟件分為V4版本和 V5版本兩個(gè)系列。V4版本應(yīng)用于UNIX 平臺(tái)，V5版本應(yīng)用

10、于UNIX和Windows 兩種平臺(tái)。CATIA如今其在CAD/CAE/CAM 以及PDM 領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)地位，已得到世界范圍內(nèi)的承認(rèn)。其銷(xiāo)售利潤(rùn)從最開(kāi)始的一百萬(wàn)美圓增長(zhǎng)到現(xiàn)在的近二十億美元。雇員人數(shù)由20人發(fā)展到2，000多人。居世界CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、造船、機(jī)械制造、電子電器、消費(fèi)品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，其特有的DMU電子樣機(jī)模塊功能及混合建模技術(shù)更是推動(dòng)著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力的提高。CATIA 提供方便的解決方案，迎合所有工業(yè)領(lǐng)域的大、中、小型企業(yè)需要。包括：從大型的波音747飛機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)到化妝品的包裝盒，幾乎

11、涵蓋了所有的制造業(yè)產(chǎn)品。在世界上有超過(guò)13,000的用戶選擇了CATIA。CATIA 源于航空航天業(yè)，但其強(qiáng)大的功能已得到各行業(yè)的認(rèn)可，在歐洲汽車(chē)業(yè)，已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。CATIA 的著名用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業(yè)。其用戶群體在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。波音飛機(jī)公司使用CATIA完成了整個(gè)波音777的電子裝配，創(chuàng)造了業(yè)界的一個(gè)奇跡，從而也確定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位。1.2整星隔振技術(shù)的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)1.2.1整星隔振技術(shù)的特點(diǎn)整星隔振技術(shù)相對(duì)于其它隔振技術(shù)而言有其自身的特點(diǎn)。 (1) 多軸隔振 傳統(tǒng)隔振多是針對(duì)單方向的，而整星隔

12、振需要同時(shí)在三個(gè)平動(dòng)方向（縱向及兩個(gè)橫向）和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向上降低傳遞到衛(wèi)星的振動(dòng)載荷。 (2) 高頻隔振與低頻穩(wěn)定性及共振的矛盾 由于運(yùn)載器空間限制，現(xiàn)在的大、中型衛(wèi)星多為細(xì)長(zhǎng)體。采用隔振器的一個(gè)突出問(wèn)題就是由于衛(wèi)星的整體高度與根部連接寬度的比例較大，如果只考慮高頻隔振需要，降低了衛(wèi)星和運(yùn)載器的縱向和橫向連接剛度，而這同時(shí)也將降低衛(wèi)星相對(duì)于運(yùn)載器的側(cè)傾剛度，這會(huì)在衛(wèi)星頂部產(chǎn)生很大的橫向位移，有可能導(dǎo)致衛(wèi)星頂部與整流罩發(fā)生碰撞，即“失穩(wěn)”現(xiàn)象。因此，整星隔振技術(shù)需解決兩方面矛盾：一是低頻共振區(qū)間振動(dòng)時(shí)限制振動(dòng)（或搖晃）幅值和振動(dòng)快速衰減的問(wèn)題，通常稱為“支承”問(wèn)題，要求隔振器在低頻下具有大剛度、大

13、阻尼特性；二是降低高頻振動(dòng)的傳遞率，通常稱為“控制”問(wèn)題，要求隔振器在高頻下具有低動(dòng)剛度、小阻尼特性。這兩個(gè)方面的要求在傳統(tǒng)的錐殼適配器中互相沖突，因此合理的整星隔振器應(yīng)該能夠更好地協(xié)調(diào)這兩方面矛盾。 (3) 存在較大的準(zhǔn)靜態(tài)加速度 火箭的準(zhǔn)靜態(tài)加速度是由縱向推力引起的，縱向推力主要是發(fā)動(dòng)機(jī)推力。由于發(fā)動(dòng)機(jī)推力隨外界大氣壓力減小而增大，火箭質(zhì)量隨著燃料消耗而減輕，因此，在任一級(jí)火箭正常工作期間，衛(wèi)星所承受的縱向靜態(tài)加速度是緩慢增加的，但是在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉瞬間，靜態(tài)加速度短時(shí)間內(nèi)有較大的變化。由于存在較大的準(zhǔn)靜態(tài)加速度，要求隔振器能夠提供一定的靜態(tài)行程；同時(shí)，支承大質(zhì)量衛(wèi)星又要求隔振器提供較大的剛度

14、。因此，在隔振器設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮靜態(tài)行程和大剛度等要求之間的矛盾。 (4) 振動(dòng)載荷頻帶寬且幅值大 傳遞到衛(wèi)星的振動(dòng)載荷來(lái)源于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力噪聲和火箭飛行時(shí)引起的氣動(dòng)力噪聲，還來(lái)自飛行過(guò)程中的陣風(fēng)、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火和關(guān)機(jī)、級(jí)間分離等突發(fā)事件，具有頻帶寬、幅值大的特點(diǎn)。(5) 工作環(huán)境苛刻 由于隔振器緊接衛(wèi)星，衛(wèi)星要求隔振器必須滿足它的環(huán)境要求，如電磁輻射強(qiáng)度、空氣潔凈度等。此外，火箭飛出大氣層后，隔振器處于真空環(huán)境，這也需在整星隔振器的設(shè)計(jì)中給予考慮?？傊谶x擇隔振器元件時(shí)要綜合考慮相關(guān)工作環(huán)境的要求。 (6) 柔性體隔振 在整星隔振系統(tǒng)中，被隔振衛(wèi)星和運(yùn)載火箭都是柔性體。經(jīng)典隔振理論只是針對(duì)單

15、自由度或兩自由度的線性系統(tǒng)，通常被隔振體和基礎(chǔ)都被簡(jiǎn)化成剛體。對(duì)于整星隔振這種基礎(chǔ)和被隔振體都是柔性體的系統(tǒng)，如果簡(jiǎn)單地將經(jīng)典隔振理論擴(kuò)展應(yīng)到柔性體隔振系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，可能帶來(lái)不全面，甚至錯(cuò)誤的結(jié)果。 1.2.2 整星隔振技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)由于航天技術(shù)要求極高的可靠性，所以整星隔振技術(shù)研究的最初階段主要從可靠性角度出發(fā)，通常采用被動(dòng)控制技術(shù)。被動(dòng)隔振技術(shù)可靠性高，無(wú)需外界輸入能量，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的，對(duì)高頻振動(dòng)的隔離效果顯著。被動(dòng)控制通常采用彈簧-阻尼系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可用的材料也較多，主要有：黏彈性阻尼材料，黏性阻尼器，摩擦阻尼器，金屬橡膠阻尼器等等。但是，被動(dòng)隔振系統(tǒng)在低頻時(shí)的效果要明顯遜色于高頻隔振

16、效果，尤其是在系統(tǒng)的固有頻率附近，隔振效果往往不能令人滿意。為解決這種“支承”問(wèn)題，研究者開(kāi)始將主動(dòng)隔振技術(shù)應(yīng)用于整星隔振領(lǐng)域。主動(dòng)隔振技術(shù)能夠根據(jù)系統(tǒng)的前饋或反饋信息，按照一定控制率使作動(dòng)器產(chǎn)生變化的控制力，從而控制被隔振體的振動(dòng)。主動(dòng)隔振由于有外界能量輸入系統(tǒng)，設(shè)計(jì)不好有可能使系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性要求。主動(dòng)控制裝置通常采用的作動(dòng)器件有：壓電作動(dòng)器，磁致伸縮作動(dòng)器，形狀記憶合金作動(dòng)器等等。主動(dòng)隔振技術(shù)對(duì)于低頻振動(dòng)的控制效果顯著，但由于控制系統(tǒng)的滯后特性以及作動(dòng)器件響應(yīng)時(shí)間的限制，主動(dòng)控制在高頻時(shí)的控制效果差強(qiáng)人意，甚至?xí)霈F(xiàn)放大振動(dòng)的現(xiàn)象。由于被動(dòng)隔振和主動(dòng)隔振在

17、控制頻率上都有局限性，可以將主、被動(dòng)兩種隔振技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成主被動(dòng)一體化隔振。兩者在頻域范圍內(nèi)是互補(bǔ)的，高頻時(shí)被動(dòng)隔振效果顯著，而在低頻時(shí)采用主動(dòng)隔振會(huì)更有效?；谶@樣的原因，發(fā)展整星主被動(dòng)一體化振動(dòng)控制技術(shù)已成為必然趨勢(shì)。美國(guó)和國(guó)際空間技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家已將整星主被動(dòng)一體化控制作為重點(diǎn)發(fā)展方向，NASA（美國(guó)國(guó)家航天局）的研究計(jì)劃中曾經(jīng)指出這是唯一有效的方法。由于被動(dòng)隔振和主動(dòng)隔振在控制頻率上都有局限性，可以將主、被動(dòng)兩種隔振技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成主被動(dòng)一體化隔振。兩者在頻域范圍內(nèi)是互補(bǔ)的，高頻時(shí)被動(dòng)隔振效果顯著，而在低頻時(shí)采用主動(dòng)隔振會(huì)更有效?；谶@樣的原因，發(fā)展整星主被動(dòng)一體化振動(dòng)控制技術(shù)已成

18、為必然趨勢(shì)。美國(guó)和國(guó)際空間技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家已將整星主被動(dòng)一體化控制作為重點(diǎn)發(fā)展方向，NASA（美國(guó)國(guó)家航天局）的研究計(jì)劃中曾經(jīng)指出這是唯一有效的方法。此外，還有一種介于被動(dòng)和主動(dòng)隔振之間的半主動(dòng)隔振技術(shù)。半主動(dòng)隔振是通過(guò)改變隔振系統(tǒng)中的參數(shù)（如質(zhì)量或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、阻尼和剛度）來(lái)實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下的隔振控制。當(dāng)隔振系統(tǒng)的控制參數(shù)不變時(shí)，系統(tǒng)就是一種被動(dòng)隔振系統(tǒng)，而當(dāng)控制參數(shù)按照一定規(guī)律變化時(shí)系統(tǒng)就是一種半主動(dòng)隔振系統(tǒng)。半主動(dòng)隔振技術(shù)通常只需要消耗很小的能量，卻能夠達(dá)到與主動(dòng)隔振相差不多的控制效果，顯示了其優(yōu)越性。目前，半主動(dòng)控制器件主要有電流變阻尼器、磁流變阻尼器、壓電-摩擦片式阻尼器等等。 選用主動(dòng)或半

19、主動(dòng)作動(dòng)器時(shí)，必須要考慮火箭運(yùn)載器中能夠提供的能量形式。因?yàn)樵诨鸺到y(tǒng)中，最常用的能源是小于36V的低壓電能，這對(duì)于壓電作動(dòng)器和電流變阻尼器等需要高電壓驅(qū)動(dòng)的元件來(lái)說(shuō)并不合適。而磁流變阻尼器只需要025V電壓即可滿足工作要求，所以磁流變阻尼器用于星箭半主動(dòng)隔振是符合能源要求的。并且磁流變阻尼器響應(yīng)迅速、阻尼力大，如果能將其用于整星半主動(dòng)隔振將具有重大的實(shí)際意義。半主動(dòng)隔振技術(shù)通常只需要消耗很小的能量，卻能夠達(dá)到與主動(dòng)隔振相差不多的控制效果，顯示了其優(yōu)越性。目前，半主動(dòng)控制器件主要有電流變阻尼器、磁流變阻尼器、壓電-摩擦片式阻尼器等等。 選用主動(dòng)或半主動(dòng)作動(dòng)器時(shí)，必須要考慮火箭運(yùn)載器中能夠提供的

20、能量形式。因?yàn)樵诨鸺到y(tǒng)中，最常用的能源是小于36V的低壓電能，這對(duì)于壓電作動(dòng)器和電流變阻尼器等需要高電壓驅(qū)動(dòng)的元件來(lái)說(shuō)并不合適。而磁流變阻尼器只需要025V電壓即可滿足工作要求，所以磁流變阻尼器用于星箭半主動(dòng)隔振是符合能源要求的。并且磁流變阻尼器響應(yīng)迅速、阻尼力大，如果能將其用于整星半主動(dòng)隔振將具有重大的實(shí)際意義。由于被動(dòng)隔振和主動(dòng)隔振在控制頻率上都有局限性，可以將主、被動(dòng)兩種隔振技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成主被動(dòng)一體化隔振。兩者在頻域范圍內(nèi)是互補(bǔ)的，高頻時(shí)被動(dòng)隔振效果顯著，而在低頻時(shí)采用主動(dòng)隔振會(huì)更有效?；谶@樣的原因，發(fā)展整星主被動(dòng)一體化振動(dòng)控制技術(shù)已成為必然趨勢(shì)。美國(guó)和國(guó)際空間技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家已將

21、整星主被動(dòng)一體化控制作為重點(diǎn)發(fā)展方向，NASA（美國(guó)國(guó)家航天局）的研究計(jì)劃中曾經(jīng)指出這是唯一有效的方法。由于被動(dòng)隔振和主動(dòng)隔振在控制頻率上都有局限性，可以將主、被動(dòng)兩種隔振技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成主被動(dòng)一體化隔振。兩者在頻域范圍內(nèi)是互補(bǔ)的，高頻時(shí)被動(dòng)隔振效果顯著，而在低頻時(shí)采用主動(dòng)隔振會(huì)更有效?；谶@樣的原因，發(fā)展整星主被動(dòng)一體化振動(dòng)控制技術(shù)已成為必然趨勢(shì)。美國(guó)和國(guó)際空間技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家已將整星主被動(dòng)一體化控制作為重點(diǎn)發(fā)展方向，NASA（美國(guó)國(guó)家航天局）的研究計(jì)劃中曾經(jīng)指出這是唯一有效的方法。由于被動(dòng)隔振和主動(dòng)隔振在控制頻率上都有局限性，可以將主、被動(dòng)兩種隔振技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成主被動(dòng)一體化隔振。兩者在

22、頻域范圍內(nèi)是互補(bǔ)的，高頻時(shí)被動(dòng)隔振效果顯著，而在低頻時(shí)采用主動(dòng)隔振會(huì)更有效。基于這樣的原因，發(fā)展整星主被動(dòng)一體化振動(dòng)控制技術(shù)已成為必然趨勢(shì)。美國(guó)和國(guó)際空間技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家已將整星主被動(dòng)一體化控制作為重點(diǎn)發(fā)展方向，NASA（美國(guó)國(guó)家航天局）的研究計(jì)劃中曾經(jīng)指出這是唯一有效的方法。由于被動(dòng)隔振和主動(dòng)隔振在控制頻率上都有局限性，可以將主、被動(dòng)兩種隔振技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成主被動(dòng)一體化隔振。兩者在頻域范圍內(nèi)是互補(bǔ)的，高頻時(shí)被動(dòng)隔振效果顯著，而在低頻時(shí)采用主動(dòng)隔振會(huì)更有效?；谶@樣的原因，發(fā)展整星主被動(dòng)一體化振動(dòng)控制技術(shù)已成為必然趨勢(shì)。美國(guó)和國(guó)際空間技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家已將整星主被動(dòng)一體化控制作為重點(diǎn)發(fā)展方向，NA

23、SA（美國(guó)國(guó)家航天局）的研究計(jì)劃中曾經(jīng)指出這是唯一有效的方法。此外，還有一種介于被動(dòng)和主動(dòng)隔振之間的半主動(dòng)隔振技術(shù)。半主動(dòng)隔振是通過(guò)改變隔振系統(tǒng)中的參數(shù)（如質(zhì)量或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、阻尼和剛度）來(lái)實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下的隔振控制。當(dāng)隔振系統(tǒng)的控制參數(shù)不變時(shí)，系統(tǒng)就是一種被動(dòng)隔振系統(tǒng)，而當(dāng)控制參數(shù)按照一定規(guī)律變化時(shí)系統(tǒng)就是一種半主動(dòng)隔振系統(tǒng)。半主動(dòng)隔振技術(shù)通常只需要消耗很小的能量，卻能夠達(dá)到與主動(dòng)隔振相差不多的控制效果，顯示了其優(yōu)越性。目前，半主動(dòng)控制器件主要有電流變阻尼器、磁流變阻尼器、壓電-摩擦片式阻尼器等等。 選用主動(dòng)或半主動(dòng)作動(dòng)器時(shí)，必須要考慮火箭運(yùn)載器中能夠提供的能量形式。因?yàn)樵诨鸺到y(tǒng)中，最常用的能源

24、是小于36V的低壓電能，這對(duì)于壓電作動(dòng)器和電流變阻尼器等需要高電壓驅(qū)動(dòng)的元件來(lái)說(shuō)并不合適。而磁流變阻尼器只需要025V電壓即可滿足工作要求，所以磁流變阻尼器用于星箭半主動(dòng)隔振是符合能源要求的。并且磁流變阻尼器響應(yīng)迅速、阻尼力大，如果能將其用于整星半主動(dòng)隔振將具有重大的實(shí)際意義。由于被動(dòng)隔振和主動(dòng)隔振在控制頻率上都有局限性，可以將主、被動(dòng)兩種隔振技術(shù)結(jié)合起來(lái)，形成主被動(dòng)一體化隔振。兩者在頻域范圍內(nèi)是互補(bǔ)的，高頻時(shí)被動(dòng)隔振效果顯著，而在低頻時(shí)采用主動(dòng)隔振會(huì)更有效。基于這樣的原因，發(fā)展整星主被動(dòng)一體化振動(dòng)控制技術(shù)已成為必然趨勢(shì)。美國(guó)和國(guó)際空間技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家已將整星主被動(dòng)一體化控制作為重點(diǎn)發(fā)展方向，N

25、ASA（美國(guó)國(guó)家航天局）的研究計(jì)劃中曾經(jīng)指出這是唯一有效的方法。此外，還有一種介于被動(dòng)和主動(dòng)隔振之間的半主動(dòng)隔振技術(shù)。半主動(dòng)隔振是通過(guò)改變隔振系統(tǒng)中的參數(shù)（如質(zhì)量或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、阻尼和剛度）來(lái)實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下的隔振控制。當(dāng)隔振系統(tǒng)的控制參數(shù)不變時(shí)，系統(tǒng)就是一種被動(dòng)隔振系統(tǒng)，而當(dāng)控制參數(shù)按照一定規(guī)律變化時(shí)系統(tǒng)就是一種半主動(dòng)隔振系統(tǒng)。半主動(dòng)隔振技術(shù)通常只需要消耗很小的能量，卻能夠達(dá)到與主動(dòng)隔振相差不多的控制效果，顯示了其優(yōu)越性。目前，半主動(dòng)控制器件主要有電流變阻尼器、磁流變阻尼器、壓電-摩擦片式阻尼器等等。 選用主動(dòng)或半主動(dòng)作動(dòng)器時(shí)，必須要考慮火箭運(yùn)載器中能夠提供的能量形式。因?yàn)樵诨鸺到y(tǒng)中，最常用的能

26、源是小于36V的低壓電能，這對(duì)于壓電作動(dòng)器和電流變阻尼器等需要高電壓驅(qū)動(dòng)的元件來(lái)說(shuō)并不合適。而磁流變阻尼器只需要025V電壓即可滿足工作要求，所以磁流變阻尼器用于星箭半主動(dòng)隔振是符合能源要求的。并且磁流變阻尼器響應(yīng)迅速、阻尼力大，如果能將其用于整星半主動(dòng)隔振將具有重大的實(shí)際意義。1.2.3整星隔振技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 整星隔振系統(tǒng)分為單軸隔振系統(tǒng)和多軸隔振系統(tǒng)兩種。單軸隔振系統(tǒng)只對(duì)橫向或縱向載荷起隔振作用。多軸隔振系統(tǒng)是在三個(gè)正交軸上都增加柔性和阻尼，使傳遞到衛(wèi)星上的縱向和橫向振動(dòng)載荷都能夠有效降低，同時(shí)也對(duì)沖擊載荷有一定抑制作用。由于振動(dòng)載荷的頻帶較寬，隔振系統(tǒng)需要具有較低的剛度和隔振頻率，但

27、這會(huì)使衛(wèi)星和隔振器構(gòu)成的系統(tǒng)的第一階模態(tài)固有頻率減小，從而可能影響運(yùn)載火箭的導(dǎo)航和控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，因此，整星振動(dòng)隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。相對(duì)而言，采用較高隔振頻率（隔振頻率為 70Hz）的沖擊隔振系統(tǒng)，對(duì)導(dǎo)航和控制系統(tǒng)的影響很小，研制過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。2000 年，CSA 公司研制了 ShockRing 沖擊隔振系統(tǒng)?？芍瞥扇魏纬叽?，器件中的約束阻尼層能夠提供較大阻尼。這種沖擊隔振器件的安裝位置有三種：錐殼適配器與衛(wèi)星的連接界面、錐殼適配器下部和錐殼適配器之中，具體采用哪種安裝方式視具體情況而定。飛行試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明：這種沖擊隔離器件對(duì)于隔離來(lái)自火箭的沖擊效果明顯。除了前面提到的幾種整星隔振發(fā)

28、展路線外，國(guó)外還提出了多種新穎的設(shè)計(jì)方案，雖然都沒(méi)有應(yīng)用在實(shí)際衛(wèi)星發(fā)射中，但對(duì)開(kāi)拓整星隔振研究思路和發(fā)展方向大有裨益。 1993年，美國(guó)McDonnell Douglas公司的Edberg Donald L.、Fukushima 和Jeffrey D等人提出整星被動(dòng)橫向隔振系統(tǒng)方案，解決側(cè)向隔振問(wèn)題。2000年，F(xiàn)arshad Khorrami、Jahangir Rastegar和R.Scott Erwin提出一種非線性整星隔振系統(tǒng)方案，能夠自適應(yīng)發(fā)射環(huán)境，提供較好的隔振效果，同時(shí)非線性彈簧(屈曲型彈性拱形管彈簧)可以解決使用線性彈簧時(shí)衛(wèi)星靜位移過(guò)大的問(wèn)題 。美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室（Air Force

29、 Research Laboratory）從 1993 年開(kāi)始對(duì)整星隔振震進(jìn)行研究，支持了一系列針對(duì)中小型火箭的整星隔振技術(shù)研究項(xiàng)目，主要有“SoftRide Vibration Isolation System”（SVIS）、“SoftRide Shock Isolation System”（SSIS)、“Payload Isolation Platform”（PIP） 和“Launch Vibration Isolation System” （LVIS）等7,8，其目的是研制能夠起到隔振作用的有效載荷適配器（Isolating Payload Attach Fitting，簡(jiǎn)稱 IPAF）

30、，改善衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星整體隔振。經(jīng)過(guò)幾年的研究，1998 年 2 月在 Taurus 火箭發(fā)射GFO 航天器的任務(wù)中首次采用了 SoftRide UniFlex 隔振適配器結(jié)構(gòu)，遙測(cè)數(shù)據(jù)表明：傳遞到航天器上的振動(dòng)和沖擊載荷明顯得到衰減。據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料顯示，在美國(guó)已有至少 12 套整星隔振系統(tǒng)成功應(yīng)用于運(yùn)載火箭的發(fā)射任務(wù)中。 國(guó)內(nèi)對(duì)于整星隔振技術(shù)的研究起步較國(guó)外要晚，從 2001 年開(kāi)始，哈爾濱工業(yè)大學(xué)和上海交通大學(xué)是國(guó)內(nèi)較早對(duì)整星隔振技術(shù)進(jìn)行研究的單位。 上海交通大學(xué)的張軍等人在多軸 SoftRide 隔振器的基礎(chǔ)上研制了一種用于整星隔振的彈性被動(dòng)隔振器件，并進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，取

31、得了較好的效果。在此基礎(chǔ)上，提出一種采用七連桿機(jī)構(gòu)和隔振器組成的整星隔振防搖方案，通過(guò)有限元模型的模態(tài)分析和縮比衛(wèi)星模型的性能測(cè)試，驗(yàn)證了方案的可行性，即在不提高整星隔振系統(tǒng)的縱向振動(dòng)模態(tài)頻率下，提高第 1 階搖晃振動(dòng)的模態(tài)頻率。2001年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院開(kāi)始進(jìn)行整星隔振技術(shù)研究，既有基礎(chǔ)性研究（包括自由阻尼層和約束阻尼層基礎(chǔ)理論、帶有阻尼的桿件特性研究、液壓阻尼器基礎(chǔ)理論等），也整星隔振系統(tǒng)分為單軸隔振系統(tǒng)和多軸隔振系統(tǒng)兩種。單軸隔振系統(tǒng)只對(duì)橫向或縱向載荷起隔振作用。多軸隔振系統(tǒng)是在三個(gè)正交軸上都增加柔性和阻尼，使傳遞到衛(wèi)星上的縱向和橫向振動(dòng)載荷都能夠有效降低，同時(shí)也對(duì)沖擊載荷有一定

32、抑制作用。由于振動(dòng)載荷的頻帶較寬，隔振系統(tǒng)需要具有較低的剛度和隔振頻率，但這會(huì)使衛(wèi)星和隔振器構(gòu)成的系統(tǒng)的第一階模態(tài)固有頻率減小，從而可能影響運(yùn)載火箭的導(dǎo)航和控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，因此，整星振動(dòng)隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。相對(duì)而言，采用較高隔振頻率（隔振頻率為 70Hz）的沖擊隔振系統(tǒng)，對(duì)導(dǎo)航和控制系統(tǒng)的影響很小，研制過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。2000 年，CSA 公司研制了 ShockRing 沖擊隔振系統(tǒng)。可制成任何尺寸，器件中的約束阻尼層能夠提供較大阻尼。這種沖擊隔振器件的安裝位置有三種：錐殼適配器與衛(wèi)星的連接界面、錐殼適配器下部和錐殼適配器之中，具體采用哪種安裝方式視具體情況而定。飛行試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明：這

33、種沖擊隔離器件對(duì)于隔離來(lái)自火箭的沖擊效果明顯。除了前面提到的幾種整星隔振發(fā)展路線外，國(guó)外還提出了多種新穎的設(shè)計(jì)方案，雖然都沒(méi)有應(yīng)用在實(shí)際衛(wèi)星發(fā)射中，但對(duì)開(kāi)拓整星隔振研究思路和發(fā)展方向大有裨益。 1993年，美國(guó)McDonnell Douglas公司的Edberg Donald L.、Fukushima 和Jeffrey D等人提出整星被動(dòng)橫向隔振系統(tǒng)方案，解決側(cè)向隔振問(wèn)題。2000年，F(xiàn)arshad Khorrami、Jahangir Rastegar和R.Scott Erwin提出一種非線性整星隔振系統(tǒng)方案，能夠自適應(yīng)發(fā)射環(huán)境，提供較好的隔振效果，同時(shí)非線性彈簧(屈曲型彈性拱形管彈簧)可以解

34、決使用線性彈簧時(shí)衛(wèi)星靜位移過(guò)大的問(wèn)題 。 國(guó)內(nèi)對(duì)于整星隔振技術(shù)的研究起步較國(guó)外要晚，從 2001 年開(kāi)始，哈爾濱工業(yè)大學(xué)和上海交通大學(xué)是國(guó)內(nèi)較早對(duì)整星隔振技術(shù)進(jìn)行研究的單位。 上海交通大學(xué)的張軍等人在多軸 SoftRide 隔振器的基礎(chǔ)上研制了一種用于整星隔振的彈性被動(dòng)隔振器件，并進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，取得了較好的效果。在此基礎(chǔ)上，提出一種采用七連桿機(jī)構(gòu)和隔振器組成的整星隔振防搖方案，通過(guò)有限元模型的模態(tài)分析和縮比衛(wèi)星模型的性能測(cè)試，驗(yàn)證了方案的可行性，即在不提高整星隔振系統(tǒng)的縱向振動(dòng)模態(tài)頻率下，提高第 1 階搖晃振動(dòng)的模態(tài)頻率。2001年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院開(kāi)始進(jìn)行整星隔振技術(shù)研究，既有基礎(chǔ)性研究（包括自由阻尼層和約束阻尼層基礎(chǔ)理論、帶有阻尼的桿件特性研究、液壓阻尼器基礎(chǔ)理論等），也有整星隔振平臺(tái)原理樣機(jī)的理論和試驗(yàn)研究。 在原錐殼適配