專利名稱：衛(wèi)星動量輪被動隔振的彈性平面索網(wǎng)隔振結(jié)構(gòu)和隔振平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輕質(zhì)被動隔振結(jié)構(gòu)，具體涉及一種用于衛(wèi)星動量輪在軌微振動控制的裝置，該裝置是由具有預(yù)緊力的弦索網(wǎng)線交叉編織而成的彈性平面索網(wǎng)隔振結(jié)構(gòu)，屬于減振領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)今航天技術(shù)已對社會、軍事、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響，各種衛(wèi)星(如測繪衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、深空探測衛(wèi)星、激光通信衛(wèi)星等)對衛(wèi)星指向性和觀測分辨率的要求不斷升級，如成像偵察衛(wèi)星搭載的合成孔徑雷達(dá)為了實(shí)現(xiàn)O. 98m的最優(yōu)分辨率，天線所能容許的指向精度必須在O. 5角秒之內(nèi)。同時(shí)，航天器上的動量輪、控制力矩陀螺、反作用噴氣裝置等運(yùn)動部件 又會不同程度地使航天器平臺受到振動，引起精密的光學(xué)敏感器件和觀測載荷的性能指標(biāo)大幅降低，甚至失去觀測目標(biāo)，如干涉儀受外部環(huán)境I X 10_3 g以上的振動干擾，就可能失去成像能力。因此，必須采取適當(dāng)措施保證敏感載荷處于“超靜”的振動量級環(huán)境下，以實(shí)現(xiàn)高精度高分辨率成像。衛(wèi)星在軌振動所包括的振動源包括動量輪等高速轉(zhuǎn)動部件、太陽翼驅(qū)動機(jī)構(gòu)、紅外相機(jī)擺鏡等擺動部件，研究表明，動量輪工作時(shí)產(chǎn)生的擾動是影響有效載荷成像質(zhì)量的主要擾動源。動量輪是高精度長壽命衛(wèi)星姿態(tài)控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有燃料消耗少，控制精度高，對光學(xué)探測儀無環(huán)境污染，壽命長，質(zhì)量輕，體積小等優(yōu)點(diǎn)。微振動測試表明，整星的微振動環(huán)境在IX ο-3 g量級，與敏感載荷工作環(huán)境要求差距比較大(敏感載荷一般要求1X10_4 g，懸浮加速度計(jì)要求1X10_6 _9 g)。因?yàn)椴黄胶饬康拇嬖?，高速旋轉(zhuǎn)的動量輪引起底部安裝板的響應(yīng)一般為50X10_3 g左右，引起探測儀與平臺界面上的振動響應(yīng)量級最高可達(dá)5X10_3 g，遠(yuǎn)超出探測儀正常工作的允許范圍。因此，必須對衛(wèi)星平臺的微振動干擾進(jìn)行嚴(yán)格控制。目前降低動量輪擾動的主要措施方案包括如下幾種一是降低振源的振動輸出能量，如降低動量輪質(zhì)量不平衡所產(chǎn)生的微振動；二是控制微振動傳遞過程，如利用局部剛度優(yōu)化和局部阻尼處理等手段；三是通過減隔振、吸振技術(shù)降低傳遞到敏感載荷位置的能量。上述三種方案中，降低振源輸出能量方面的研究主要集中在采用控制補(bǔ)償方式抑制磁懸浮飛輪的振動，但是目前的技術(shù)能力僅能達(dá)到目前的最小靜不平衡和動不平衡量；控制微振動傳遞過程主要通過局部剛度優(yōu)化，在結(jié)構(gòu)應(yīng)變較大區(qū)域鋪設(shè)約束阻尼層，減弱結(jié)構(gòu)共振時(shí)的峰值，實(shí)現(xiàn)振動能量的最大耗散和衰減，但是當(dāng)擾動源的頻率遠(yuǎn)低于結(jié)構(gòu)板的一階固有頻率(100Hz以上)時(shí)，該方案難以完全發(fā)揮約束阻尼層的減振優(yōu)勢，而且加強(qiáng)結(jié)構(gòu)局部剛度，增加了衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，這些質(zhì)量對于衛(wèi)星在軌運(yùn)行是多余的，因而增加了發(fā)射成本，特別是降低了衛(wèi)星寶貴的有效載荷的能力；利用減隔振技術(shù)和吸振技術(shù)降低微振動的研究可以有效抑制傳遞到敏感載荷安裝界面的響應(yīng)水平。減隔振技術(shù)和吸振技術(shù)包括兩種，一種是針對敏感載荷進(jìn)行隔振處理，另一種是針對干擾源進(jìn)行減隔振和吸振處理。在干擾源如動量輪被動隔振方面，D. Kamesh等人D. Kamesh, R. Pandiyan, A. Ghosal, Modeling, Journal of Sound and Vibration,329 (2010) : 3431-3450.采用柔性支架對動量輪進(jìn)行被動隔振，并進(jìn)一步在支架上附加壓電作動器對支架實(shí)施主動隔振，取得了較好的隔振效果D. Kamesh, R. Pandiyan, A.Ghosal, Journal of Sound and Vibration, 331 (2012) : 1310-1330.。但是柔性支架結(jié)構(gòu)具有重量不夠輕，剛度難以調(diào)節(jié)及無法將振動轉(zhuǎn)化為分布力的不足。

發(fā)明內(nèi)容
對于平面索網(wǎng)類結(jié)構(gòu)，當(dāng)其弦索結(jié)構(gòu)被張緊力張緊時(shí)，其在垂直于弦索的方向會產(chǎn)生剛度，提供彈性，可以用于隔振設(shè)計(jì)。相對于柔性支架結(jié)構(gòu)，平面索網(wǎng)類結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、剛度可調(diào)節(jié)及可將振動力轉(zhuǎn)化為分布力的優(yōu)勢，因此，其能夠提高衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的有效載荷，且設(shè)計(jì)簡單，隔振性能更優(yōu)?；诖耍景l(fā)明提供一種用于衛(wèi)星動量輪被動隔振的彈性平面索網(wǎng)隔振結(jié)構(gòu)和隔振平臺。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種用于衛(wèi)星動量輪在軌微振動控制的彈性平面索網(wǎng)隔振結(jié)構(gòu)，包括由具有預(yù)緊力的 弦索網(wǎng)線交叉編織而成的彈性平面索網(wǎng)。較佳地，所述彈性平面索網(wǎng)的弦索網(wǎng)線為縱橫交叉編織。較佳地，所述彈性平面索網(wǎng)設(shè)置為疏密度可以調(diào)節(jié)。較佳地，所述彈性平面索網(wǎng)設(shè)置為弦索網(wǎng)線預(yù)緊力可以調(diào)節(jié)。較佳地，所述彈性平面索網(wǎng)的弦索網(wǎng)線為耐高溫的金屬線。較佳地，所述彈性平面索網(wǎng)的弦索網(wǎng)線選自鋼絲、銅絲、鋁絲或鋼絲繩中的一種。本發(fā)明還提供一種用于衛(wèi)星動量輪在軌微振動控制的彈性平面索網(wǎng)隔振平臺，包括由具有預(yù)緊力的弦索網(wǎng)線交叉編織而成的彈性平面索網(wǎng)、承力筒和中間支架，所述彈性平面索網(wǎng)的弦索網(wǎng)線縱橫穿過承力筒和中間支架。較佳地,所述中間支架安裝在承力筒上。較佳地，所述中間支架為井字形、圓形或多邊形。較佳地，所述的彈性平面索網(wǎng)隔振平臺的彈性平面索網(wǎng)設(shè)置為摩擦力可以調(diào)節(jié)。例如，可以通過調(diào)節(jié)彈性平面索網(wǎng)與承力筒、彈性平面索網(wǎng)與中間支架間的接觸方式，或者調(diào)節(jié)彈性平面索網(wǎng)的疏密度以調(diào)節(jié)參與摩擦的結(jié)點(diǎn)數(shù)量，以及改變弦索網(wǎng)線的材料等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明利用彈性平面索網(wǎng)在微振動時(shí)提供的彈性進(jìn)行隔振以降低動量輪擾動，且彈性平面索網(wǎng)在微振動時(shí)，具有無動態(tài)力矩薄膜特性，使衛(wèi)星承力筒上僅承受分布式拉力，實(shí)現(xiàn)六自由度隔振，并可通過彈性平面索網(wǎng)模量、弦索網(wǎng)線預(yù)緊力、彈性平面索網(wǎng)疏密度等結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)整提供足夠的靜態(tài)剛度，保證動量輪的力矩傳遞特性，不影響動量輪對在軌姿態(tài)調(diào)整的功能，具有質(zhì)量輕、試裝性好、設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足質(zhì)量限制和動量輪姿控機(jī)構(gòu)對隔振頻率的要求。


圖Ia和圖Ib為本發(fā)明實(shí)施例I的井字形支架彈性平面索網(wǎng)的隔振平臺立體結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)不意 圖2a和圖2b為本發(fā)明實(shí)施例2的圓形支架彈性平面索網(wǎng)的隔振平臺立體結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例I
本實(shí)施例的用于衛(wèi)星動量輪在軌微振動控制的彈性平面索網(wǎng)隔振平臺如圖Ia和圖Ib所示，該平臺由承力筒4 (為便于顯示其內(nèi)部隔振平臺，承力筒4僅給出部分結(jié)構(gòu)示意圖)、中間支架3、由具有預(yù)緊力的弦索網(wǎng)線縱橫交叉編織而成的彈性平面索網(wǎng)I (索網(wǎng)材料選擇耐高溫的金屬絲制造，比如鋼絲、銅絲、鋁絲或鋼絲繩等，以滿足散熱要求)組成，動量輪組件2安裝在中間支架上。在本實(shí)施例中，中間支架為井字形支架，參見圖Ia和圖lb，動量輪組件2安裝在井 字形支架上，井字形支架通過八個(gè)凸臺安裝在承力筒4下端的框架上，彈性平面索網(wǎng)I的弦索網(wǎng)線縱橫穿過井字形支架和承力筒4。當(dāng)動量輪組件2產(chǎn)生的微振動傳遞到彈性平面索網(wǎng)I時(shí)，彈性平面索網(wǎng)I的弦索網(wǎng)線結(jié)構(gòu)被張緊力張緊，其在垂直于弦索網(wǎng)線的方向的預(yù)緊力和變形會產(chǎn)生剛度，提供彈性，以抵抗外載荷，而且彈性平面索網(wǎng)I在微振動時(shí)，具有無動態(tài)力矩薄膜特性，使承力筒4上僅承受分布式拉力，可提供六個(gè)自由度的彈性隔振。此外，彈性平面索網(wǎng)I結(jié)點(diǎn)間、彈性平面索網(wǎng)I與中間支架3間，彈性平面索網(wǎng)I和承力筒4間、索網(wǎng)材料內(nèi)部在振動載荷下產(chǎn)生的摩擦可以耗散振動能量。實(shí)施例2
本實(shí)施例的用于衛(wèi)星動量輪在軌微振動控制的彈性平面索網(wǎng)隔振平臺如圖2a和圖2b所示，該平臺由承力筒4 (為便于顯示其內(nèi)部隔振平臺，承力筒4僅給出部分結(jié)構(gòu)示意圖)、中間支架3、由具有預(yù)緊力的弦索網(wǎng)線縱橫交叉編織而成的彈性平面索網(wǎng)I (索網(wǎng)材料選擇耐高溫的金屬絲制造，比如鋼絲、銅絲、鋁絲或鋼絲繩等，以滿足散熱要求)組成，動量輪組件2安裝在中間支架上。在本實(shí)施例中，中間支架為圓形支架，參見圖2a和圖2b，動量輪組件2安裝在圓形支架上，彈性平面索網(wǎng)I的弦索網(wǎng)線縱橫穿過圓形支架和承力筒4，圓形支架通過橫穿其中的彈性平面索網(wǎng)I和承力筒4相連。圓形支架可獲得旋轉(zhuǎn)對稱的剛度和性能，其可適當(dāng)布置在彈性平面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的圓形節(jié)線上。當(dāng)動量輪組件2產(chǎn)生的微振動傳遞到彈性平面索網(wǎng)I時(shí)，彈性平面索網(wǎng)I的預(yù)緊力和變形產(chǎn)生彈性力以抵抗外載荷，而且彈性平面索網(wǎng)I在微振動時(shí)，具有無動態(tài)力矩薄膜特性，使承力筒4上僅承受分布式拉力，可提供六個(gè)自由度的彈性隔振。此外，彈性平面索網(wǎng)結(jié)點(diǎn)間、彈性平面索網(wǎng)與中間支架間，彈性平面索網(wǎng)和承力筒間、索網(wǎng)材料內(nèi)部在振動載荷下產(chǎn)生的摩擦可以耗散振動能量。實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例2的不同之處在于，所述中間支架為多邊形，如三邊形、四邊形、五邊形、六邊形、八邊形等，此處多邊形的邊數(shù)可為任意，上述列舉僅為舉例，不用于限定。在本發(fā)明中，中間支架的形狀不限，可為任意的可達(dá)到相應(yīng)功能的形狀，針對于不同的中間支架形狀，中間支架與承力筒的連接可選擇各種不同方式，以上實(shí)施例中對中間支架的形狀及中間支架與承力筒的連接方式的說明僅為舉例，不應(yīng)作限制性理解。采用彈性平面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)是一種純被動的隔振方式，具有質(zhì)量輕、試裝性好、設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足質(zhì)量限制和動量輪姿控機(jī)構(gòu)對隔振頻率的要求；其利用彈性平面索網(wǎng)在微振動時(shí)提供的彈性進(jìn)行隔振，并使衛(wèi)星承力筒上僅承受分布式拉力，實(shí)現(xiàn)六自由度隔振；另外，通過調(diào)整彈性平面索網(wǎng)模量(如采用彈性模量不同的金屬系材料、采用截面尺寸不同的金屬線等)、弦索網(wǎng)線預(yù)緊力、彈性平面索網(wǎng)疏密度等結(jié)構(gòu)參數(shù)可提供足夠的靜態(tài)剛度，保證動量輪的力矩傳遞特性，不影響動量輪對在軌姿態(tài)調(diào)整 的功能。以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施方式
。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于衛(wèi)星動量輪在軌微振動控制的彈性平面索網(wǎng)隔振結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括由具有預(yù)緊力的弦索網(wǎng)線交叉編織而成的彈性平面索網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求I所述的彈性平面索網(wǎng)隔振結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述彈性平面索網(wǎng)的弦索網(wǎng)線為縱橫交叉編織。
3.如權(quán)利要求I所述的彈性平面索網(wǎng)隔振結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述彈性平面索網(wǎng)設(shè)置為疏密度可以調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求I所述的彈性平面索網(wǎng)隔振結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述彈性平面索網(wǎng)設(shè)置為弦索網(wǎng)線預(yù)緊力可以調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求I所述的彈性平面索網(wǎng)隔振結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述彈性平面索網(wǎng)的弦索網(wǎng)線為耐高溫的金屬線。
6.如權(quán)利要求5所述的彈性平面索網(wǎng)隔振結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述彈性平面索網(wǎng)的弦索網(wǎng)線選自鋼絲、銅絲、鋁絲或鋼絲繩中的一種。
7.一種用于衛(wèi)星動量輪在軌微振動控制的彈性平面索網(wǎng)隔振平臺，其特征在于，包括由具有預(yù)緊力的弦索網(wǎng)線交叉編織而成的彈性平面索網(wǎng)、承力筒和中間支架，所述彈性平面索網(wǎng)的弦索網(wǎng)線縱橫穿過承力筒和中間支架。
8.如權(quán)利要求7所述的彈性平面索網(wǎng)隔振平臺，其特征在于，所述中間支架安裝在承力筒上。
9.如權(quán)利要求7所述的彈性平面索網(wǎng)隔振平臺，其特征在于，所述中間支架為井字形、圓形或多邊形。
10.如權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的彈性平面索網(wǎng)隔振平臺，其特征在于，所述的彈性平面索網(wǎng)隔振平臺的彈性平面索網(wǎng)設(shè)置為摩擦力可以調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于衛(wèi)星動量輪在軌微振動控制的彈性平面索網(wǎng)隔振結(jié)構(gòu)和隔振平臺，該隔振結(jié)構(gòu)包括由弦索網(wǎng)線交叉編織而成的具有預(yù)緊力的彈性平面索網(wǎng)，該隔振平臺包括上述彈性平面索網(wǎng)、承力筒和中間支架，所述彈性平面索網(wǎng)的弦索網(wǎng)線縱橫穿過承力筒和中間支架。本發(fā)明利用彈性平面索網(wǎng)在微振動時(shí)提供的彈性進(jìn)行隔振以降低動量輪擾動，且可實(shí)現(xiàn)六自由度隔振，并通過彈性平面索網(wǎng)模量、弦索網(wǎng)線預(yù)緊力、彈性平面索網(wǎng)疏密度等結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)整可提供足夠的靜態(tài)剛度，保證動量輪的力矩傳遞特性，不影響動量輪對在軌姿態(tài)調(diào)整的功能，具有質(zhì)量輕、試裝性好、設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足質(zhì)量限制和動量輪姿控機(jī)構(gòu)對隔振頻率的要求。
文檔編號B64G1/38GK102756810SQ20121019685
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者華宏星, 焦素娟, 邵驍麟, 黃修長 申請人:上海交通大學(xué)