一種用於太陽能帆板的被動式減振裝置製造方法

2023-05-04 04:14:26

一種用於太陽能帆板的被動式減振裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於太陽能帆板的被動式減振裝置，安裝在太陽能帆板驅動機構與帆板支架之間，包含：中間柱，分別與中間柱頂端及底端連接上法蘭、下法蘭；上法蘭連接太陽能帆板驅動機構；下法蘭連接帆板支架；阻尼器，設置在在中間柱外側，與上法蘭和下法蘭連接；內剪切片與外剪切片之間設有高阻尼特性的粘彈性材料。本發明的可靠性高、壽命長、安裝簡單，可直接串接在太陽能帆板驅動機構和帆板支架之間，不需要大規模改動帆板結構，並且為太陽能帆板系統的各階振動模態提供了額外的模態阻尼比，可以快速衰減太陽能帆板的撓性振動，達到提高衛星平臺控制精度的目的。
【專利說明】一種用於太陽能帆板的被動式減振裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及帶大型附件衛星的高精度、高穩定度控制技術，具體涉及一種被動式振動控制技術，尤其涉及一種用於太陽能帆板的被動式減振裝置。

【背景技術】
[0002]隨著航天事業的發展，太空飛行器承擔的任務越來越多，太空飛行器結構朝著大型化、複雜化的方向發展。為降低發射成本，要求其結構儘可能輕，但又受到現有材料性能和特殊的太空工作環境限制，必然會導致空間結構在軌工作時的高柔性、低阻尼特性。
[0003]在軌工作時，一旦受到各種外部和內部的幹擾很容易激起頻率低、幅度大、周期長的振動，而由於其自身的低阻尼特性，激起的振動很難自行衰減。這種振動與太空飛行器主體姿態運動相互耦合，會給衛星的指向精度帶來嚴重影響(如美國的哈勃望遠鏡)，甚至會帶來毀滅性的災難。
[0004]太空飛行器振動帶來的慘重教訓，幾乎伴隨著人類航天發展的整個過程，使得人們不得不越來越重視撓性太空飛行器的力學問題和振動控制問題，提出了多種控制策略並逐步工程化，以保證太空飛行器正常運行和航天使命的順利完成。
[0005]被動控制技術簡單易實現、不需要外界能量輸入，系統總是穩定的，安全性好，可靠性高。它具有較長時間的應用歷史和比較廣泛的工程應用。動力學系統的動態特性主要取決於系統的剛度、質量和阻尼，改變阻尼會顯著影響系統的響應。特別是在共振區內，增大阻尼可控制系統的響應。粘彈性材料(Viscoeastic Material,VEM)具有高阻尼特性,近年來使用粘彈性材料增加結構阻尼，己經成為被動控制技術的主要手段之一。
[0006]被動控制的典型結構是約束層阻尼(Constrained Layer Damping,CLD)結構。它是將粘彈性材料夾在需要控制的結構與約束層之間組成的結構。在這種結構中，粘彈性材料通過周期性的剪切變形來耗散振動能量以達到減振的目的。其優點是能夠在不顯著改變結構的質量和剛度的條件下實現削減共振峰值。由於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中得到了廣泛的應用。一些初步的研究結果表明，利用約束阻尼結構本身可以有效地實現結構振動峰值抑制。


【發明內容】

[0007]本發明的目的在於提供一種用於太陽能帆板的被動式減振裝置，可靠性高、壽命長、安裝簡單，可直接串接在太陽能帆板驅動機構和帆板支架之間，不需要大規模改動帆板結構，並且為太陽能帆板系統的各階振動模態提供了額外的模態阻尼比，可以快速衰減太陽能帆板的撓性振動，達到提高衛星平臺控制精度的目的。
[0008]為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現:一種用於太陽能帆板的被動式減振裝置，安裝在太陽能帆板驅動機構與帆板支架之間，其特點是，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能帆板驅動機構；
所述的下法蘭連接帆板支架；
阻尼器，設置在中間柱外側，與上法蘭和下法蘭連接；
所述中間柱與阻尼器之間設有間隙；
當所述太陽能帆板振動時，阻尼器產生剪切變形，將振動產生的能量一部分儲存起來，另一部分能量轉化為熱量耗散掉；
當所述太陽能帆板展開時，阻尼器在衝擊作用下產生剪切變形，耗散儲存的能量，削弱太陽能帆板展開到位時的衝擊作用。
[0009]所述的中間柱為中空結構，具體為一柱體兩端分別延伸有圓形的凸臺；
所述兩凸臺分別連接上法蘭及下法蘭；
所述凸臺上開設多個扇形槽，所述扇形槽平分凸臺的圓周。
[0010]所述的阻尼器包含內剪切片、外剪切片及填充在內剪切片與外剪切片之間的粘彈性材料；
所述的內剪切片連接上法蘭；
所述的外剪切片連接下法蘭。
[0011]所述的內剪切片為空心式圓臺結構，其內表面為圓柱面，外表面為錐形面。
[0012]所述的外剪切片為分體式空心圓柱結構，均分為四部分，其內表面為圓柱面，外表面為錐形面。
[0013]被動式減振裝置，進一步包含溫控裝置，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。
[0014]本發明一種用於太陽能帆板的被動式減振裝置與現有技術相比具有以下優點:被動式減振裝置安裝於太陽能帆板驅動機構與帆板支架之間，採用與太陽能帆板驅動機構接口完全相同的法蘭為被動式減振裝置兩端接口，將被動式減振裝置作為太陽能帆板支架系統的一部分，並未改變太陽能帆板驅動機構與帆板支架的總體尺寸，且不改變太陽能帆板系統的電氣特性；設置在內剪切片與外剪切片之間的粘彈性材料在內、外剪切片的摩擦力作用下受剪切作用，一部分振動能轉化為熱能被耗散掉，從而起到減振作用；工作原理簡單，結構緊湊，適用於太空飛行器帆板系統，可以實現低頻、小振動幅度下的快速阻尼與衰減；由於設有溫控裝置，為被動式減振裝置提供最佳工作溫度範圍。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。
[0025]如圖1至圖3所示，一種用於太陽能帆板的被動式減振裝置，安裝在太陽能帆板驅動機構與帆板支架之間，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連接太陽能帆板驅動機構的驅動機；下法蘭3連接帆板支架；阻尼器4，設置在中間柱I外側，與上法蘭2和下法蘭3連接；中間柱I與阻尼器4之間設有間隙；當所述太陽能帆板振動時，阻尼器4產生剪切變形，將振動產生的能量一部分儲存起來，另一部分能量轉化為熱量耗散掉；當所述太陽能帆板展開時，阻尼器4在衝擊作用下產生剪切變形，耗散儲存的能量，削弱太陽能帆板展開到位時的衝擊作用。
[0026]如圖4所示，中間柱I為中空結構，具體為一柱體11兩端分別延伸有圓形的凸臺12 ;兩凸臺12分別連接上法蘭2及下法蘭3 ;凸臺12上開設多個扇形槽121，圖中設置三個扇形槽121，提供太陽能電池陣的電纜走線，所述扇形槽平分凸臺12的圓周。中間柱I是整個被動式減振裝置的骨架，起支撐和傳遞扭矩的作用，是提供被動式減振裝置強度和剛度的主要部件。
[0027]如圖5所示，上法蘭2、下法蘭3為完全相同的兩個圓盤式零部件，是提供連接太陽能帆板驅動機構及太陽能帆板支架的接口，其接口尺寸與太陽能帆板驅動機構及太陽能帆板支架原接口尺寸相符。
[0028]阻尼器4包含內剪切片41、外剪切片43及填充在內剪切片41與外剪切片43之間的粘彈性材料42 ;內剪切片41通過螺栓固定安裝在上法蘭2上；外剪切片43過螺栓固定安裝在下法蘭3上。
[0029]如圖6所示，內剪切片41為空心式圓臺結構，其內表面為圓柱面，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構，為保證粘彈性材料42與內剪切片41、外剪切片43有效、高強度的粘貼，外剪切片6設計為分體式結構，且為了便於安裝，均分為四部分，外剪切片42內表面為圓柱面，外表面為錐形面。圖7為外剪切片421/4結構示意圖。
[0031]內剪切片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首先粘貼於內剪切片41上，然後將外剪切片43粘貼在粘彈性材料42外側。
[0032]如圖8所示，粘彈性材料42為高聚物阻尼材料，採用主要以丁基橡膠、丙烯酸酯橡膠等高聚物為基體的，通過與有機低分子的相互作用，可以產生低頻、小振動下的快速高阻尼效果，實現對阻尼峰值的積極調控。同時，該高聚物阻尼材料具有很好的自粘性，無需添加任何其它粘結劑就可很好的粘結在物體表面，簡化了施工過程。高聚物阻尼材料的損耗因子和自粘性要通過試驗進行驗證。該高聚物阻尼材料經過裁剪，然後粘貼在內剪切片41上。
[0033]如圖9所示，被動式減振裝置，進一步包含溫控裝置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。設置溫控裝置5為被動式減振裝置提供最佳工作溫度範圍，通過加熱電阻絲51為阻尼器4加熱，維持阻尼器4在某個溫度點之上，最佳工作溫度範圍是粘彈性材料產生最大阻尼比下的溫度範圍，應保持阻尼器4溫度在這個範圍內。熱敏電阻52的可敏感0.1度的溫度變化，能準確給出溫控點對應的溫度。採用簡單的PID (自動控制)即可實現溫控。
[0034]具體應用:當安裝於被動式減振裝置端部的撓性部件(如太陽能帆板)振動時，弓丨起中間柱I彎曲，上法蘭2、下法蘭3軸心位置發生相對位移，進而引起阻尼器4的內剪切片41與外剪切片43發生相對運動，粘彈性材料42在內剪切片41與外剪切片43的摩擦力作用下受剪切作用。當粘彈性材料42內部產生交變應力和應變時，部分能量以勢能的形式儲存起來和釋放出去，另一部分能量則轉化成熱量而耗散掉，表現為阻尼效應，從而起到提高系統阻尼比的作用。
[0035]儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
【權利要求】
1.一種用於太陽能帆板的被動式減振裝置，安裝在太陽能帆板驅動機構與帆板支架之間，其特徵在於，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)連接太陽能帆板驅動機構； 所述的下法蘭(3)連接帆板支架； 阻尼器(4 )，設置在中間柱(I)外側，與上法蘭(2 )和下法蘭(3 )連接； 所述中間柱(I)與阻尼器(4)之間設有間隙； 當所述太陽能帆板振動時，阻尼器(4)產生剪切變形，將振動產生的能量一部分儲存起來，另一部分能量轉化為熱量耗散掉； 當所述太陽能帆板展開時，阻尼器(4)在衝擊載荷作用下產生剪切變形，耗散儲存的能量，削弱太陽能帆板展開到位時的衝擊作用。
2.如權利要求1所述的被動式減振裝置，其特徵在於，所述的中間柱(I)為中空結構，具體為一柱體(11)兩端分別延伸有圓形的凸臺(12); 所述兩凸臺(12 )分別連接上法蘭(2 )及下法蘭(3 ); 所述凸臺(12)上開設多個扇形槽(121)，所述扇形槽平分凸臺(12)的圓周。
3.如權利要求1所述的被動式減振裝置，其特徵在於，所述的阻尼器(4)包含內剪切片(41),外剪切片(43)及填充在內剪切片(41)與外剪切片(43)之間的粘彈性材料(42); 所述的內剪切片(41)連接上法蘭(2)； 所述的外剪切片(43 )連接下法蘭(3 )。
4.如權利要求1所述的被動式減振裝置，其特徵在於，所述的內剪切片(41)為空心式圓臺結構，其內表面為圓柱面，外表面為錐形面。
5.如權利要求1所述的被動式減振裝置，其特徵在於，所述的外剪切片(43)為分體式空心圓柱結構，均分為四部分，其內表面為圓柱面，外表面為錐形面。
6.如權利要求1所述的被動式減振裝置，其特徵在於，進一步包含溫控裝置(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。
【文檔編號】B64G1/44GK104139873SQ201410382301
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】朱東方, 譚天樂, 李結凍, 朱春豔, 宋婷, 孫宏麗 申請人:上海新躍儀表廠