一种卫星飞轮复合隔振器

1.本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种能有效降低卫星飞轮振动的复合隔振器。


背景技术：

2.近年来，随着航天技术的发展，卫星平台要求更高的指向精度和姿态稳定度，而飞轮振动是影响卫星上精密载荷指向精度和稳定度的一个重要干扰因素。飞轮振动的幅值较小、频率较高、振动频带宽，能够激起卫星多阶模态振动，影响光学卫星成像。
3.隔振是解决上述问题的主要手段。现有隔振往往采用被动隔振，被动隔振能抑制大部分高频振动，但对于低频振动隔振效果不明显。隔振元件往往采用开槽弹簧或者橡胶元件，使用开槽弹簧隔振器的结构形式和尺寸无法做到紧凑和轻小型化；橡胶隔振方向单一，难以实现多自由度隔振。普通颗粒阻尼隔振虽已广泛应用但是无法应用到太空环境，因为太空无重力，颗粒之间无挤压摩擦。主动隔振虽能抑制低频振动，但是系统复杂、消耗星上资源、占用有效重量和空间。因此，主被动复合隔振在卫星上不好实现，如何选用合理的结构和控制设计有效的抑制飞轮微振动，成为本领域技术人员亟需解决的重要技术问题。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术问题，本发明提供了一种卫星飞轮复合隔振器，这种隔振器设置了颗粒阻尼装置和主动隔振装置，综合了两种隔振方式，以满足卫星飞轮的减振要求。
5.为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
6.本发明提供了一种卫星飞轮复合隔振器，包括：颗粒阻尼装置、主动隔振装置、上连接板、下连接板和控制系统，其中，所述颗粒阻尼装置包括第一减振弹簧、阻尼腔、第二减振弹簧、颗粒群；所述主动隔振装置包括连接杆、压电传感器、压电作动器；所述控制系统与压电传感器、压电作动器连接。
7.所述第一减振弹簧一端连接所述上连接板，一端连接所述阻尼腔，所述阻尼腔另一端连接所述第二减振弹簧，所述第二减振弹簧的另一端连接所述下连接板，所述第一减振弹簧与所述第二减振弹簧的刚度可以不同。
8.所述连接杆一端连接上连接板，一端连接下连接板，连接杆为折弯杆，折弯部分上部设置压电传感器，下部设置压电作动器，连接杆折弯部分刚度不易过大。
9.所述阻尼腔为圆柱形空腔，材料为金属硅橡胶。阻尼腔柔性设计，两级弹簧可以提供压力，阻尼腔压缩颗粒群，使颗粒群运动，适应太空无重力环境，颗粒群在压力下碰撞摩擦，并与阻尼腔壁碰撞摩擦能消耗振动能量，满足隔振要求。
10.所述颗粒群为若干圆形颗粒组成，颗粒材质为金属或非金属。
11.所述压电传感器和所述压电作动器为压电材料pvdf。
12.所述压电传感器、压电作动器用导线与控制系统连接。
13.所述第一减振弹簧、所述第二减振弹簧、所述连接杆均斜向布置，与隔振器上连接
板轴线有夹角。
14.所述颗粒阻尼阻尼装置和所述主动隔振装置间隔分布，且相对于所述下连接板的周缘均布设置。
15.所述上连接板与所述下连接板平行，所述上连接板连接飞轮，所述下连接板连接蜂窝板。
16.与现有技术相比，本发明的优点如下：1.本发明综合被动隔振和主动隔振的优势，通过多种减振机制，达到良好的效果，其应用范围更广；阻尼腔和连接杆的斜向布置可以实现6自由度隔振；2.本发明的颗粒阻尼装置中两级减振弹簧的合理搭配，使减振频带更宽，减振效果更好，能更好的满足航天器隔振需求；3.本发明的主动隔振装置采用智能材料驱动，具有质量轻、尺寸小、结构简单、装配方便、制造成本低等优点；4.本发明可独立使用，也可以组合使用。每一个颗粒阻尼装置和主动隔振装置相互独立，互不影响，单个失效整个装置还可以使用，具有失效安全性。上连接板和下连接板平行并设置安装接口，质量分布均匀、安装方便，有利于节省卫星资源。
附图说明
17.图1是本发明的立体示意图；
18.图2是本发明的立体示意图的俯视图；
19.图3是本发明的局部剖视图；
20.图4是连接杆的示意图。
21.图中：1-上连接板，2-第一减振弹簧，3-连接杆，4-压电传感器，5-压电作动器，6-阻尼腔，7-第二减振弹簧，8-下连接板，9-颗粒群，10-主动隔振装置，20-颗粒阻尼装置。
具体实施方式
22.下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
23.如图1至图3所示，本发明一种卫星飞轮复合隔振器，主要包括：上连接板1、颗粒阻尼装置20、主动隔振装置10、下连接板8。其中，颗粒阻尼装置20包括：第一减振弹簧2、阻尼腔6、第二减振弹簧7、颗粒群9；主动隔振装置10包括：连接杆3、压电传感器4、压电作动器5。
24.所述第一减振弹簧2一端连接所述上连接板1，一端连接所述阻尼腔6，所述阻尼腔6另一端连接所述第二减振弹簧7，所述第二减振弹簧7的另一端连接所述下连接板8，所述第一减振弹簧2与所述第二减振弹簧7的刚度可以不同。所述阻尼腔6为圆柱形空腔，材料为金属硅橡胶。所述颗粒群9为若干圆形颗粒组成，颗粒材质为金属或非金属。
25.飞轮振动带动上连接板1和下连接板8振动，从而迫使第一减振弹簧2和第二减振弹簧7伸长压缩，阻尼腔6随之伸长压缩，阻尼腔6内的颗粒群9会碰撞摩擦并与阻尼腔壁碰撞摩擦，从而消耗能量，抑制振动。太空环境无重力，颗粒群不会相互挤压摩擦，阻尼腔6材料为硅橡胶，飞轮振动下两级减振弹簧的复合挤压使得阻尼腔6伸缩变形，阻尼腔6的变形迫使颗粒群9碰撞摩擦，并与阻尼腔壁碰撞摩擦，实现能量消耗。两级减振弹簧的合理搭配，使减振频带更宽。
26.所述连接杆3一端连接上连接板1，一端连接下连接板8。如图4所述连接杆3为折弯杆，折弯部分上部设置压电传感器4，下部设置压电作动器5，连接杆3折弯部分刚度不易过大。所述压电传感器和所述压电作动器为压电材料pvdf。所述压电传感器、压电作动器用导线与控制系统连接。
27.飞轮振动带动上连接板1和下连接板8振动，由于连接杆3折弯部分刚度不大，连接杆3发生变形，压电传感器4采集到连接杆3折弯部分的振动加速度信号，对该信号传递到控制系统，控制系统通过相应算法反馈到同一个连接杆3的压电作动器5上，使其产生用于抵消连接杆3振动的作动力，抑制连接杆3的振动，从而最终抑制飞轮振动。
28.颗粒阻尼装置20和主动隔振装置10间隔分布，颗粒阻尼装置20主要用于高频减振，主动隔振装置10主要用于低频减振，运用两种减振机理，减振效果更好。每一个颗粒阻尼装置20相互独立，不存在相互影响和干涉，某个失效其他仍能正常工作。颗粒阻尼装置20斜向布置，与上连接板1有夹角，可以实现多自由度隔振。每一个主动隔振装置10也相互独立，不相互影响和干涉。每个连接杆3均可以独立控制，单个失效其他仍能正常工作。连接杆3也为斜向布置，与上连接板1有夹角，实现多自由度隔振。
29.颗粒阻尼装置20和主动隔振装置10均相对于所述下连接板8的周缘均布设置，均布设置有利于每个颗粒阻尼装置20和主动隔振装置10独立工作，使得整个隔振器质量分布均匀，便于与飞轮连接。
30.上连接板1和下连接板8相互平行均设置安装接口，上连接板1与飞轮连接，下连接板8与蜂窝板连接，隔振器质量分布均匀、安装方便，有利于节省卫星资源。隔振器既可独立使用，也可组合使用，独立使用就能实现多自由度隔振，通过设计组合安装平台组合使用隔振效果更佳。
31.以上实例有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护的范围。

技术特征：
1.一种卫星飞轮复合隔振器，其特征在于，包括颗粒阻尼装置(20)、主动隔振装置(10)、上连接板(1)、下连接板(8)和控制系统；其中，所述颗粒阻尼装置(20)包括第一减振弹簧(2)、阻尼腔(6)、第二减振弹簧(7)、颗粒群(9)；所述主动隔振装置(10)包括连接杆(3)、压电传感器(4)、压电作动器(5)；所述控制系统与压电传感器(4)、压电作动器(5)连接。2.根据权利要求1所述的一种卫星飞轮复合隔振器，其特征在于，所述第一减振弹簧(2)一端连接所述上连接板(1)，一端连接所述阻尼腔(6)，所述阻尼腔(6)另一端连接所述第二减振弹簧(7)，所述第二减振弹簧(7)的另一端连接所述下连接板(8)，所述第一减振弹簧(2)与所述第二减振弹簧(7)的刚度可以不同。3.根据权利要求1所述的一种卫星飞轮复合隔振器，其特征在于，所述连接杆(3)一端连接上连接板(1)，一端连接下连接板(8)，连接杆(3)为折弯杆，折弯部分上部设置压电传感器(4)，下部设置压电作动器(5)，连接杆折弯部分刚度不易过大。4.根据权利要求1所述的一种卫星飞轮复合隔振器，其特征在于，所述阻尼腔(6)为圆柱形空腔，材料为金属硅橡胶。5.根据权利要求1所述的一种卫星飞轮复合隔振器，其特征在于，所述颗粒群(9)为若干圆形颗粒组成，颗粒材质为金属或非金属。6.根据权利要求1所述的一种卫星飞轮复合隔振器，其特征在于，所述压电传感器(4)和所述压电作动器(5)为压电材料pvdf。7.根据权利要求1所述的一种卫星飞轮复合隔振器，其特征在于，所述第一减振弹簧(2)、所述第二减振弹簧(7)、所述连接杆(3)均斜向布置，与隔振器上连接(1)板轴线有夹角。8.根据权利要求1所述的一种卫星飞轮复合隔振器，其特征在于，所述颗粒阻尼阻尼装置(20)和所述主动隔振装置(10)间隔分布，且均相对于所述下连接板(8)的周缘均布设置。9.根据权利要求1所述的一种卫星飞轮复合隔振器，其特征在于，所述上连接板(1)与所述下连接板(8)平行，上连接板(1)与下连接板(8)上均有安装接口，可独立使用也可以组合使用。

技术总结
本发明涉及一种卫星飞轮复合隔振器，包括颗粒阻尼装置、主动隔振装置和控制系统，所述颗粒阻尼装置包括第一减振弹簧、阻尼腔、第二减振弹簧、颗粒群；所述主动隔振装置包括连接杆、压电传感器、压电作动器。颗粒阻尼装置通过特殊结构设计实现适用于航天隔振器的被动隔振，通过摩擦耗能和弹簧两级减振使减振频带更宽；主动隔振装置则实现低频隔振。阻尼腔和连接杆的斜向布置可以实现6自由度隔振。本发明综合了多种隔振方式，质量轻、结构简单、装配方便隔振效果更好。便隔振效果更好。便隔振效果更好。


技术研发人员：邓长城 李辉 高志强 王蒙蒙 李景阳 朱绘丽 苏文瑛 郑月强
受保护的技术使用者：河南工学院
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/14