專利名稱：衛(wèi)星動量輪被動隔振的彈性平面索網(wǎng)隔振結構和隔振平臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種輕質被動隔振結構，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)隔振結構，屬于減振領域。
背景技術：
當今航天技術已對社會、軍事、經(jīng)濟產(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為了實現(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。同時，航天器上的動量輪、控制力矩陀螺、反作用噴氣裝置等運動部件 又會不同程度地使航天器平臺受到振動，引起精密的光學敏感器件和觀測載荷的性能指標大幅降低，甚至失去觀測目標，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，必須采取適當措施保證敏感載荷處于“超靜”的振動量級環(huán)境下，以實現(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動部件、太陽翼驅動機構、紅外相機擺鏡等擺動部件，研究表明，動量輪工作時產(chǎn)生的擾動是影響有效載荷成像質量的主要擾動源。動量輪是高精度長壽命衛(wèi)星姿態(tài)控制的執(zhí)行機構，具有燃料消耗少，控制精度高，對光學探測儀無環(huán)境污染，壽命長，質量輕，體積小等優(yōu)點。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，懸浮加速度計要求1X10_6 _9 g)。因為不平衡量的存在，高速旋轉的動量輪引起底部安裝板的響應一般為50X10_3 g左右，引起探測儀與平臺界面上的振動響應量級最高可達5X10_3 g，遠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行嚴格控制。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償方式抑制磁懸浮飛輪的振動，但是目前的技術能力僅能達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，在結構應變較大區(qū)域鋪設約束阻尼層，減弱結構共振時的峰值，實現(xiàn)振動能量的最大耗散和衰減，但是當擾動源的頻率遠低于結構板的一階固有頻率(100Hz以上)時，該方案難以完全發(fā)揮約束阻尼層的減振優(yōu)勢，而且加強結構局部剛度，增加了衛(wèi)星結構的質量，這些質量對于衛(wèi)星在軌運行是多余的，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；利用減隔振技術和吸振技術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水平。減隔振技術和吸振技術包括兩種，一種是針對敏感載荷進行隔振處理，另一種是針對干擾源進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行被動隔振，并進一步在支架上附加壓電作動器對支架實施主動隔振，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.。但是柔性支架結構具有重量不夠輕，剛度難以調節(jié)及無法將振動轉化為分布力的不足。

發(fā)明內容
對于平面索網(wǎng)類結構，當其弦索結構被張緊力張緊時，其在垂直于弦索的方向會產(chǎn)生剛度，提供彈性，可以用于隔振設計。相對于柔性支架結構，平面索網(wǎng)類結構具有質量輕、剛度可調節(jié)及可將振動力轉化為分布力的優(yōu)勢，因此，其能夠提高衛(wèi)星結構的有效載荷，且設計簡單，隔振性能更優(yōu)?；诖?，本發(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)隔振結構和隔振平臺。本發(fā)明的技術方案如下
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)隔振結構，包括由具有預緊力的 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)設置為疏密度可以調節(jié)。較佳地，所述彈性平面索網(wǎng)設置為弦索網(wǎng)線預緊力可以調節(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)設置為摩擦力可以調節(jié)。例如，可以通過調節(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，或者調節(jié)彈性平面索網(wǎng)的疏密度以調節(jié)參與摩擦的結點數(shù)量，以及改變弦索網(wǎng)線的材料等。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明利用彈性平面索網(wǎng)在微振動時提供的彈性進行隔振以降低動量輪擾動，且彈性平面索網(wǎng)在微振動時，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)線預緊力、彈性平面索網(wǎng)疏密度等結構參數(shù)的調整提供足夠的靜態(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)調整的功能，具有質量輕、試裝性好、設計簡單等優(yōu)點，能夠滿足質量限制和動量輪姿控機構對隔振頻率的要求。


圖Ia和圖Ib為本發(fā)明實施例I的井字形支架彈性平面索網(wǎng)的隔振平臺立體結構和平面結構不意 圖2a和圖2b為本發(fā)明實施例2的圓形支架彈性平面索網(wǎng)的隔振平臺立體結構和平面結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細的說明。實施例I
本實施例的用于衛(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 (為便于顯示其內部隔振平臺，承力筒4僅給出部分結構示意圖)、中間支架3、由具有預緊力的弦索網(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，彈性平面索網(wǎng)I的弦索網(wǎng)線結構被張緊力張緊，其在垂直于弦索網(wǎng)線的方向的預緊力和變形會產(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，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，可提供六個自由度的彈性隔振。此外，彈性平面索網(wǎng)I結點間、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)材料內部在振動載荷下產(chǎn)生的摩擦可以耗散振動能量。實施例2
本實施例的用于衛(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 (為便于顯示其內部隔振平臺，承力筒4僅給出部分結構示意圖)、中間支架3、由具有預緊力的弦索網(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對稱的剛度和性能，其可適當布置在彈性平面索網(wǎng)結構的圓形節(jié)線上。當動量輪組件2產(chǎn)生的微振動傳遞到彈性平面索網(wǎng)I時，彈性平面索網(wǎng)I的預緊力和變形產(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，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，可提供六個自由度的彈性隔振。此外，彈性平面索網(wǎng)結點間、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)材料內部在振動載荷下產(chǎn)生的摩擦可以耗散振動能量。實施例3
本實施例與實施例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，可為任意的可達到相應功能的形狀，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，不應作限制性理解。采用彈性平面索網(wǎng)結構是一種純被動的隔振方式，具有質量輕、試裝性好、設計簡單等優(yōu)點，能夠滿足質量限制和動量輪姿控機構對隔振頻率的要求；其利用彈性平面索網(wǎng)在微振動時提供的彈性進行隔振，并使衛(wèi)星承力筒上僅承受分布式拉力，實現(xiàn)六自由度隔振；另外，通過調整彈性平面索網(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)線預緊力、彈性平面索網(wǎng)疏密度等結構參數(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)調整 的功能。以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施方式
。顯然，根據(jù)本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
權利要求
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)隔振結構，其特征在于，包括由具有預緊力的弦索網(wǎng)線交叉編織而成的彈性平面索網(wǎng)。
2.如權利要求I所述的彈性平面索網(wǎng)隔振結構，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.如權利要求I所述的彈性平面索網(wǎng)隔振結構，其特征在于，所述彈性平面索網(wǎng)設置為疏密度可以調節(jié)。
4.如權利要求I所述的彈性平面索網(wǎng)隔振結構，其特征在于，所述彈性平面索網(wǎng)設置為弦索網(wǎng)線預緊力可以調節(jié)。
5.如權利要求I所述的彈性平面索網(wǎng)隔振結構，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.如權利要求5所述的彈性平面索網(wǎng)隔振結構，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.如權利要求7-9中任一項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)設置為摩擦力可以調節(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)隔振結構和隔振平臺，該隔振結構包括由弦索網(wǎng)線交叉編織而成的具有預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)在微振動時提供的彈性進行隔振以降低動量輪擾動，且可實現(xiàn)六自由度隔振，并通過彈性平面索網(wǎng)模量、弦索網(wǎng)線預緊力、彈性平面索網(wǎng)疏密度等結構參數(shù)的調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)調整的功能，具有質量輕、試裝性好、設計簡單等優(yōu)點，能夠滿足質量限制和動量輪姿控機構對隔振頻率的要求。
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