本發(fā)明涉及空間桁架和航天載荷結構，具體地說是一種用于太空作業(yè)的空間桁架和航天載荷結構。

背景技術：

隨著航天器朝著大型化，復雜化的方向發(fā)展，空間桁架由于容易拆裝、工藝性好、質量輕，且可以根據具體的需要進行結構的調節(jié)等優(yōu)良屬性得到了越來越廣泛的應用，它也是國際空間站的重要組成部分?？臻g桁架的兩個應用方面一個是在空間桁架的頂端連接相關的光電學設備用來分離電子設備從而降低相互間的干擾，另一個是作為支撐結構支撐空間大型可展開天線和衛(wèi)星上的太陽帆板等。航天載荷里面裝有精密光電學儀器，它往往和空間桁架連在一起使用。

空間桁架和航天載荷通過運載火箭發(fā)射的過程中所經歷的振動環(huán)境主要分為隨機振動環(huán)境和低頻正弦振動環(huán)境。隨機振動主要是由起飛時的發(fā)動機排氣噪聲、跨音速飛行段的氣動噪聲和發(fā)動機燃燒室內的壓力脈動等所引起的寬帶隨機振動。低頻正弦振動主要是由pogo振動，發(fā)動機啟動、熄火和級間分離所引起的彈體結構低階模態(tài)自由振蕩；由陣風和跨音速飛行段激波振蕩所引起的彈體橫行抖動，發(fā)動機不完全燃燒引起的低階縱向振蕩。這種低頻的振動環(huán)境會使空間桁架結構遭到損壞，發(fā)生連接松散，結構件變形，性能下降的現(xiàn)象，同時這種振動會使光電學儀器精度下降，機械疲勞，電路瞬間短路、斷路，甚至功能失效。因此，對空間桁架和航天載荷振動特性及振動抑制的研究很有必要，粘彈性阻尼層形式簡單，不需要改動現(xiàn)有結構，質量輕，粘貼方便，阻尼性能優(yōu)越，使用較少的材料就能達到較大的減振效果。這些優(yōu)良屬性對航天載荷是經濟實用的，可以給航天事業(yè)帶來更大的營運收益。而且伴隨著科學技術的高速發(fā)展，這種材料技術會隨之邁上一個新的臺階，其力學性能、成型工藝以及傳導性能會得到逐漸提升，在未來勢必會獲到更為廣闊的應用空間。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于太空作業(yè)的空間桁架和航天載荷結構。本發(fā)明具有優(yōu)良的減振性能，可以通過變換粘彈性阻尼層的厚度、材料、敷加位置、敷加面積來達到最佳的減振效果，箱體結構內裝有精密的光電學儀器，供宇航員進行太空作業(yè)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種用于太空作業(yè)的空間桁架和航天載荷結構，包括箱體結構和空間桁架，所述空間桁架的一端與箱體結構的底部固定連接，另一端與工裝連接，所述箱體結構的外壁上設有約束阻尼層。

所述空間桁架包括長管組件、短管及連接方塊，多組長管組件通過連接方塊連接，形成多節(jié)的方形或三角形框架，相鄰兩個連接方塊通過與長管組件垂直的短管連接。

所述長管組件包括連接管、自由阻尼層、第一長管及第二長管，其中連接管的外表面設有自由阻尼層，所述第一長管和第二長管均套設于連接管上、并與自由阻尼層粘接。

所述連接管為空心管，可通過改變連接管的直徑和長度進而改變自由阻尼層的厚度、敷加位置和敷加面積。

所述長管組件和短管分別通過連接件與連接方塊連接。

所述連接件的一端與連接方塊螺紋連接，另一端與長管組件或短管通過螺釘連接。

所述連接方塊與長管組件和短管連接的面上設有螺紋孔，該螺紋孔的外端口設有定位凹槽。

所述空間桁架的兩端分別通過連接方塊與所述箱體結構和工裝連接。

所述箱體結構外部采用板狀結構，內部為中空結構，該中空結構內裝有精密光電學儀器。

所述約束阻尼層結構由阻尼層和約束層組成。

本發(fā)明的優(yōu)點與有益效果是：

1.本發(fā)明的幾何構型一方面可以拆分成若干小部分組件，節(jié)省空間、便于組裝和發(fā)射運輸。另一方面具有空間延展性，可以進行橫向和縱向的擴展安裝，滿足太空作業(yè)需求。

2.本發(fā)明主要結構采用鈦合金加工制造，質量輕且剛度性能好。通過螺紋連接各個主要結構，在箱體結構上設有約束阻尼層，從而提高減振性能。

3.本發(fā)明采用長管組件結構，通過膠黏劑和連接管上的自由阻尼層相連，這種結構比直接在長管上敷加約束阻尼層減振效果更好，剛度更小，質量也更輕。

4.本發(fā)明連接方塊上開有定位凹槽，連接件嵌入其中使結構更加緊固，長管組件、短管通過螺釘和連接件連接，連接件通過螺釘和連接方塊連接。

5.本發(fā)明的基本原理是采用粘彈性阻尼層對空間桁架和航天載荷結構進行減振。通過改變粘彈性阻尼層的結構參數和材料參數結合質量因素設計出最優(yōu)空間桁架和航天載荷結構，使箱體結構上的加速度響應值達到標準。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明中長管組件的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明中連接方塊與長管組件和短管的連接示意圖。

其中：1為箱體結構，2為長管組件，3為短管，4為連接方塊，5為連接件，6為連接管，7為自由阻尼層，8為約束阻尼層，9為工裝，10為第一長管，11為第二長管。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種用于太空作業(yè)的空間桁架和航天載荷結構，包括箱體結構1和空間桁架，所述空間桁架的一端與箱體結構1的底部固定連接，另一端與工裝9連接，所述箱體結構1的外壁上設有約束阻尼層8。

所述空間桁架包括長管組件2、短管3及連接方塊4，多組長管組件2通過連接方塊4連接，形成多節(jié)的方形或三角形框架，相鄰兩個連接方塊4通過與長管組件2垂直的短管3連接。本實施例中，所述空間桁架為方形框架。

如圖2所示，所述長管組件2包括連接管6、自由阻尼層7、第一長管10及第二長管11，其中連接管6的外表面設有自由阻尼層7，所述第一長管10和第二長管11均套設于連接管6上、并與自由阻尼層7粘接。

所述連接管6為空心管，可通過改變連接管6的直徑和長度進而改變自由阻尼層7的厚度、敷加位置和敷加面積。

如圖3所示，所述長管組件2和短管3分別通過連接件5與連接方塊4連接。所述連接件5的一端與連接方塊4螺紋連接，另一端與長管組件2或短管3插接、并通過螺釘固定連接。

所述連接方塊4與長管組件2和短管3連接的面上設有螺紋孔，該螺紋孔的外端口設有定位凹槽。所述空間桁架的兩端分別通過連接方塊4與所述箱體結構1和工裝9連接。

所述箱體結構1外部采用板狀結構，內部為中空結構，該中空結構內裝有精密光電學儀器。箱體結構1的外壁上設有約束阻尼層8，底部通過螺釘和空間桁架端部的四個連接方塊4進行連接，所述箱體結構1的各個面之間通過螺釘進行連接。所述約束阻尼層結構8由阻尼層和約束層組成。

實施例

所述空間桁架的結構設計可以更好的起到減振作用，從而實現(xiàn)對箱體結構1的減振效果。所述第一長管10和第二長管11為管狀構件，是壁厚為2mm的空心管，通過在連接管6上敷加自由阻尼層7，自由阻尼層7與第一長管10和第二長管11之間采用膠黏劑連接。可以通過改變連接管6的直徑，長度進而改變自由阻尼層7的厚度，敷加位置和敷加面積。所述連接方塊4的每個面上都開有螺紋孔，該螺紋孔和連接件5連接，這種結構具有空間延展性，可以很方便的進行擴展安裝，多個連接方塊4上除了和工裝9、箱體結構1接觸的八個面，其余各面表面中心位置有直徑18mm，深度為2mm的圓形凹槽，用于連接件5的定位。所述約束阻尼層結構8是經過阻尼因子計算和比較之后的最優(yōu)結構，由0.8mm厚阻尼橡膠(阻尼層)和2mm厚鋁板(約束層)組成。

本發(fā)明提供的空間桁架和航天載荷結構基于粘彈性阻尼層的結構參數和材料參數進行優(yōu)化，包括約束阻尼層的阻尼層厚度、約束層厚度、阻尼層材料、敷加位置、敷加面積，自由阻尼層的阻尼層厚度、阻尼層材料、敷加位置和敷加面積，以阻尼因子和共振基頻為評價標準結合質量因素得到空間桁架和航天載荷結構的最終結構樣式。它可以顯著提升整個空間桁架和航天載荷結構的減振性能，特別是對于航天載荷來說，減振效果明顯。

本發(fā)明以實現(xiàn)通過敷加粘彈性阻尼層對航天載荷進行減振為目標，采用理論、建模與仿真、實驗測試相結合的方法，深入分析粘彈性阻尼層的材料參數和結構參數對于整體結構減振效果的影響。并在滿足加速度響應值不超過標準值的前提下對整體結構進行優(yōu)化，盡量減小結構質量，增大阻尼因子，使得空間桁架和航天載荷結構在減振性能、質量和剛度各方面都達到最優(yōu)。

以上所述僅為本發(fā)明的實施方式，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進、擴展等，均包含在本發(fā)明的保護范圍內。