一種用于太陽(yáng)能帆板的被動(dòng)式減振裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于太陽(yáng)能帆板的被動(dòng)式減振裝置，安裝在太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與帆板支架之間，包含：中間柱，分別與中間柱頂端及底端連接上法蘭、下法蘭；上法蘭連接太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；下法蘭連接帆板支架；阻尼器，設(shè)置在在中間柱外側(cè)，與上法蘭和下法蘭連接；內(nèi)剪切片與外剪切片之間設(shè)有高阻尼特性的粘彈性材料。本發(fā)明的可靠性高、壽命長(zhǎng)、安裝簡(jiǎn)單，可直接串接在太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和帆板支架之間，不需要大規(guī)模改動(dòng)帆板結(jié)構(gòu)，并且為太陽(yáng)能帆板系統(tǒng)的各階振動(dòng)模態(tài)提供了額外的模態(tài)阻尼比，可以快速衰減太陽(yáng)能帆板的撓性振動(dòng)，達(dá)到提高衛(wèi)星平臺(tái)控制精度的目的。
【專利說(shuō)明】一種用于太陽(yáng)能帆板的被動(dòng)式減振裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及帶大型附件衛(wèi)星的高精度、高穩(wěn)定度控制技術(shù)，具體涉及一種被動(dòng)式振動(dòng)控制技術(shù)，尤其涉及一種用于太陽(yáng)能帆板的被動(dòng)式減振裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天事業(yè)的發(fā)展，航天器承擔(dān)的任務(wù)越來(lái)越多，航天器結(jié)構(gòu)朝著大型化、復(fù)雜化的方向發(fā)展。為降低發(fā)射成本，要求其結(jié)構(gòu)盡可能輕，但又受到現(xiàn)有材料性能和特殊的太空工作環(huán)境限制，必然會(huì)導(dǎo)致空間結(jié)構(gòu)在軌工作時(shí)的高柔性、低阻尼特性。
[0003]在軌工作時(shí)，一旦受到各種外部和內(nèi)部的干擾很容易激起頻率低、幅度大、周期長(zhǎng)的振動(dòng)，而由于其自身的低阻尼特性，激起的振動(dòng)很難自行衰減。這種振動(dòng)與航天器主體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)相互耦合，會(huì)給衛(wèi)星的指向精度帶來(lái)嚴(yán)重影響(如美國(guó)的哈勃望遠(yuǎn)鏡)，甚至?xí)?lái)毀滅性的災(zāi)難。
[0004]航天器振動(dòng)帶來(lái)的慘重教訓(xùn)，幾乎伴隨著人類航天發(fā)展的整個(gè)過(guò)程，使得人們不得不越來(lái)越重視撓性航天器的力學(xué)問(wèn)題和振動(dòng)控制問(wèn)題，提出了多種控制策略并逐步工程化，以保證航天器正常運(yùn)行和航天使命的順利完成。
[0005]被動(dòng)控制技術(shù)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)、不需要外界能量輸入，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的，安全性好，可靠性高。它具有較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用歷史和比較廣泛的工程應(yīng)用。動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性主要取決于系統(tǒng)的剛度、質(zhì)量和阻尼，改變阻尼會(huì)顯著影響系統(tǒng)的響應(yīng)。特別是在共振區(qū)內(nèi)，增大阻尼可控制系統(tǒng)的響應(yīng)。粘彈性材料(Viscoeastic Material,VEM)具有高阻尼特性,近年來(lái)使用粘彈性材料增加結(jié)構(gòu)阻尼，己經(jīng)成為被動(dòng)控制技術(shù)的主要手段之一。
[0006]被動(dòng)控制的典型結(jié)構(gòu)是約束層阻尼(Constrained Layer Damping,CLD)結(jié)構(gòu)。它是將粘彈性材料夾在需要控制的結(jié)構(gòu)與約束層之間組成的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，粘彈性材料通過(guò)周期性的剪切變形來(lái)耗散振動(dòng)能量以達(dá)到減振的目的。其優(yōu)點(diǎn)是能夠在不顯著改變結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度的條件下實(shí)現(xiàn)削減共振峰值。由于它的高可靠性和魯棒性，使得它在安全性和可靠性要求很高的航空航天工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。一些初步的研究結(jié)果表明，利用約束阻尼結(jié)構(gòu)本身可以有效地實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)峰值抑制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于太陽(yáng)能帆板的被動(dòng)式減振裝置，可靠性高、壽命長(zhǎng)、安裝簡(jiǎn)單，可直接串接在太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和帆板支架之間，不需要大規(guī)模改動(dòng)帆板結(jié)構(gòu)，并且為太陽(yáng)能帆板系統(tǒng)的各階振動(dòng)模態(tài)提供了額外的模態(tài)阻尼比，可以快速衰減太陽(yáng)能帆板的撓性振動(dòng)，達(dá)到提高衛(wèi)星平臺(tái)控制精度的目的。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種用于太陽(yáng)能帆板的被動(dòng)式減振裝置，安裝在太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與帆板支架之間，其特點(diǎn)是，包含:
中間柱；
分別與中間柱頂端及底端連接的上法蘭、下法蘭； 所述的上法蘭連接太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
所述的下法蘭連接帆板支架；
阻尼器，設(shè)置在中間柱外側(cè)，與上法蘭和下法蘭連接；
所述中間柱與阻尼器之間設(shè)有間隙；
當(dāng)所述太陽(yáng)能帆板振動(dòng)時(shí)，阻尼器產(chǎn)生剪切變形，將振動(dòng)產(chǎn)生的能量一部分儲(chǔ)存起來(lái)，另一部分能量轉(zhuǎn)化為熱量耗散掉；
當(dāng)所述太陽(yáng)能帆板展開(kāi)時(shí)，阻尼器在沖擊作用下產(chǎn)生剪切變形，耗散儲(chǔ)存的能量，削弱太陽(yáng)能帆板展開(kāi)到位時(shí)的沖擊作用。
[0009]所述的中間柱為中空結(jié)構(gòu)，具體為一柱體兩端分別延伸有圓形的凸臺(tái)；
所述兩凸臺(tái)分別連接上法蘭及下法蘭；
所述凸臺(tái)上開(kāi)設(shè)多個(gè)扇形槽，所述扇形槽平分凸臺(tái)的圓周。
[0010]所述的阻尼器包含內(nèi)剪切片、外剪切片及填充在內(nèi)剪切片與外剪切片之間的粘彈性材料；
所述的內(nèi)剪切片連接上法蘭；
所述的外剪切片連接下法蘭。
[0011]所述的內(nèi)剪切片為空心式圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，其內(nèi)表面為圓柱面，外表面為錐形面。
[0012]所述的外剪切片為分體式空心圓柱結(jié)構(gòu)，均分為四部分，其內(nèi)表面為圓柱面，外表面為錐形面。
[0013]被動(dòng)式減振裝置，進(jìn)一步包含溫控裝置，所述溫控裝置包含依次連接的加熱電阻絲、熱敏電阻及控制器；
所述加熱電阻絲貼置在外剪切片的外側(cè)。
[0014]本發(fā)明一種用于太陽(yáng)能帆板的被動(dòng)式減振裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):被動(dòng)式減振裝置安裝于太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與帆板支架之間，采用與太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)接口完全相同的法蘭為被動(dòng)式減振裝置兩端接口，將被動(dòng)式減振裝置作為太陽(yáng)能帆板支架系統(tǒng)的一部分，并未改變太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與帆板支架的總體尺寸，且不改變太陽(yáng)能帆板系統(tǒng)的電氣特性；設(shè)置在內(nèi)剪切片與外剪切片之間的粘彈性材料在內(nèi)、外剪切片的摩擦力作用下受剪切作用，一部分振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能被耗散掉，從而起到減振作用；工作原理簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，適用于航天器帆板系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)低頻、小振動(dòng)幅度下的快速阻尼與衰減；由于設(shè)有溫控裝置，為被動(dòng)式減振裝置提供最佳工作溫度范圍。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明被動(dòng)式減振裝置的全剖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的俯(仰)視圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明中間柱的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5是本發(fā)明上(下)法蘭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖6是本發(fā)明內(nèi)剪切片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖7是本發(fā)明外剪切片的1/4結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖8是本發(fā)明粘彈性材料的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖9是本發(fā)明溫控裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖，通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0025]如圖1至圖3所示，一種用于太陽(yáng)能帆板的被動(dòng)式減振裝置，安裝在太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與帆板支架之間，包含:中間柱I ;分別與中間柱I頂端及底端連接的上法蘭2、下法蘭3 ;上法蘭2連接太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)；下法蘭3連接帆板支架；阻尼器4，設(shè)置在中間柱I外側(cè)，與上法蘭2和下法蘭3連接；中間柱I與阻尼器4之間設(shè)有間隙；當(dāng)所述太陽(yáng)能帆板振動(dòng)時(shí)，阻尼器4產(chǎn)生剪切變形，將振動(dòng)產(chǎn)生的能量一部分儲(chǔ)存起來(lái)，另一部分能量轉(zhuǎn)化為熱量耗散掉；當(dāng)所述太陽(yáng)能帆板展開(kāi)時(shí)，阻尼器4在沖擊作用下產(chǎn)生剪切變形，耗散儲(chǔ)存的能量，削弱太陽(yáng)能帆板展開(kāi)到位時(shí)的沖擊作用。
[0026]如圖4所示，中間柱I為中空結(jié)構(gòu)，具體為一柱體11兩端分別延伸有圓形的凸臺(tái)12 ;兩凸臺(tái)12分別連接上法蘭2及下法蘭3 ;凸臺(tái)12上開(kāi)設(shè)多個(gè)扇形槽121，圖中設(shè)置三個(gè)扇形槽121，提供太陽(yáng)能電池陣的電纜走線，所述扇形槽平分凸臺(tái)12的圓周。中間柱I是整個(gè)被動(dòng)式減振裝置的骨架，起支撐和傳遞扭矩的作用，是提供被動(dòng)式減振裝置強(qiáng)度和剛度的主要部件。
[0027]如圖5所示，上法蘭2、下法蘭3為完全相同的兩個(gè)圓盤(pán)式零部件，是提供連接太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及太陽(yáng)能帆板支架的接口，其接口尺寸與太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及太陽(yáng)能帆板支架原接口尺寸相符。
[0028]阻尼器4包含內(nèi)剪切片41、外剪切片43及填充在內(nèi)剪切片41與外剪切片43之間的粘彈性材料42 ;內(nèi)剪切片41通過(guò)螺栓固定安裝在上法蘭2上；外剪切片43過(guò)螺栓固定安裝在下法蘭3上。
[0029]如圖6所示，內(nèi)剪切片41為空心式圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，其內(nèi)表面為圓柱面，外表面為錐形面，外表面是與粘彈性材料43的接觸面。
[0030]外剪切片43為分體式空心圓柱結(jié)構(gòu)，為保證粘彈性材料42與內(nèi)剪切片41、外剪切片43有效、高強(qiáng)度的粘貼，外剪切片6設(shè)計(jì)為分體式結(jié)構(gòu)，且為了便于安裝，均分為四部分，外剪切片42內(nèi)表面為圓柱面，外表面為錐形面。圖7為外剪切片421/4結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]內(nèi)剪切片41與外剪切片43為粘彈性材料42的約束部件，粘彈性材料42首先粘貼于內(nèi)剪切片41上，然后將外剪切片43粘貼在粘彈性材料42外側(cè)。
[0032]如圖8所示，粘彈性材料42為高聚物阻尼材料，采用主要以丁基橡膠、丙烯酸酯橡膠等高聚物為基體的，通過(guò)與有機(jī)低分子的相互作用，可以產(chǎn)生低頻、小振動(dòng)下的快速高阻尼效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)阻尼峰值的積極調(diào)控。同時(shí)，該高聚物阻尼材料具有很好的自粘性，無(wú)需添加任何其它粘結(jié)劑就可很好的粘結(jié)在物體表面，簡(jiǎn)化了施工過(guò)程。高聚物阻尼材料的損耗因子和自粘性要通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。該高聚物阻尼材料經(jīng)過(guò)裁剪，然后粘貼在內(nèi)剪切片41上。
[0033]如圖9所示，被動(dòng)式減振裝置，進(jìn)一步包含溫控裝置5，所述溫控裝置5包含依次連接的加熱電阻絲51、熱敏電阻52及控制器53 ;加熱電阻絲51貼置在外剪切片43的外偵U。設(shè)置溫控裝置5為被動(dòng)式減振裝置提供最佳工作溫度范圍，通過(guò)加熱電阻絲51為阻尼器4加熱，維持阻尼器4在某個(gè)溫度點(diǎn)之上，最佳工作溫度范圍是粘彈性材料產(chǎn)生最大阻尼比下的溫度范圍，應(yīng)保持阻尼器4溫度在這個(gè)范圍內(nèi)。熱敏電阻52的可敏感0.1度的溫度變化，能準(zhǔn)確給出溫控點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度。采用簡(jiǎn)單的PID (自動(dòng)控制)即可實(shí)現(xiàn)溫控。
[0034]具體應(yīng)用:當(dāng)安裝于被動(dòng)式減振裝置端部的撓性部件(如太陽(yáng)能帆板)振動(dòng)時(shí)，弓丨起中間柱I彎曲，上法蘭2、下法蘭3軸心位置發(fā)生相對(duì)位移，進(jìn)而引起阻尼器4的內(nèi)剪切片41與外剪切片43發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，粘彈性材料42在內(nèi)剪切片41與外剪切片43的摩擦力作用下受剪切作用。當(dāng)粘彈性材料42內(nèi)部產(chǎn)生交變應(yīng)力和應(yīng)變時(shí)，部分能量以勢(shì)能的形式儲(chǔ)存起來(lái)和釋放出去，另一部分能量則轉(zhuǎn)化成熱量而耗散掉，表現(xiàn)為阻尼效應(yīng)，從而起到提高系統(tǒng)阻尼比的作用。
[0035]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于太陽(yáng)能帆板的被動(dòng)式減振裝置，安裝在太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與帆板支架之間，其特征在于，包含: 中間柱(I); 分別與中間柱(I)頂端及底端連接的上法蘭(2 )、下法蘭(3 ); 所述的上法蘭(2)連接太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)； 所述的下法蘭(3)連接帆板支架； 阻尼器(4 )，設(shè)置在中間柱(I)外側(cè)，與上法蘭(2 )和下法蘭(3 )連接； 所述中間柱(I)與阻尼器(4)之間設(shè)有間隙； 當(dāng)所述太陽(yáng)能帆板振動(dòng)時(shí)，阻尼器(4)產(chǎn)生剪切變形，將振動(dòng)產(chǎn)生的能量一部分儲(chǔ)存起來(lái)，另一部分能量轉(zhuǎn)化為熱量耗散掉； 當(dāng)所述太陽(yáng)能帆板展開(kāi)時(shí)，阻尼器(4)在沖擊載荷作用下產(chǎn)生剪切變形，耗散儲(chǔ)存的能量，削弱太陽(yáng)能帆板展開(kāi)到位時(shí)的沖擊作用。
2.如權(quán)利要求1所述的被動(dòng)式減振裝置，其特征在于，所述的中間柱(I)為中空結(jié)構(gòu)，具體為一柱體(11)兩端分別延伸有圓形的凸臺(tái)(12); 所述兩凸臺(tái)(12 )分別連接上法蘭(2 )及下法蘭(3 ); 所述凸臺(tái)(12)上開(kāi)設(shè)多個(gè)扇形槽(121)，所述扇形槽平分凸臺(tái)(12)的圓周。
3.如權(quán)利要求1所述的被動(dòng)式減振裝置，其特征在于，所述的阻尼器(4)包含內(nèi)剪切片(41),外剪切片(43)及填充在內(nèi)剪切片(41)與外剪切片(43)之間的粘彈性材料(42); 所述的內(nèi)剪切片(41)連接上法蘭(2)； 所述的外剪切片(43 )連接下法蘭(3 )。
4.如權(quán)利要求1所述的被動(dòng)式減振裝置，其特征在于，所述的內(nèi)剪切片(41)為空心式圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，其內(nèi)表面為圓柱面，外表面為錐形面。
5.如權(quán)利要求1所述的被動(dòng)式減振裝置，其特征在于，所述的外剪切片(43)為分體式空心圓柱結(jié)構(gòu)，均分為四部分，其內(nèi)表面為圓柱面，外表面為錐形面。
6.如權(quán)利要求1所述的被動(dòng)式減振裝置，其特征在于，進(jìn)一步包含溫控裝置(5)，所述溫控裝置(5)包含依次連接的加熱電阻絲(51)、熱敏電阻(52)及控制器(53)； 所述加熱電阻絲(51)貼置在外剪切片(43 )的外側(cè)。
【文檔編號(hào)】B64G1/44GK104139873SQ201410382301
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】朱東方, 譚天樂(lè), 李結(jié)凍, 朱春艷, 宋婷, 孫宏麗 申請(qǐng)人:上海新躍儀表廠