1、如何采用隔振技術(shù)減小發(fā)射時(shí)衛(wèi)星所承受環(huán)境載荷,提高衛(wèi)星發(fā)射的可靠性,以搭載更多的儀器設(shè)備,減少成本,降低風(fēng)險(xiǎn),一直是近年來衛(wèi)星設(shè)計(jì)研究的目標(biāo)之一。由于航天工程中衛(wèi)星發(fā)射設(shè)計(jì)的特殊要求,使得整星隔振系統(tǒng)的研制比一般的隔振設(shè)計(jì)有更大的難度,而常規(guī)隔振器(橡膠隔振器、金屬絲網(wǎng)隔振器、金屬繩隔振器等)都不能達(dá)到整星隔振的技術(shù)要求,就必須研制出一種新型的隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。因?yàn)?整星隔振系統(tǒng)要求對(duì)縱向和橫向的環(huán)境載荷都具有有效的隔振效果,同時(shí)又要滿

2、足衛(wèi)星和運(yùn)載火箭等多方面的技術(shù)要求,如星箭連接剛度必須滿足星箭系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性要求、對(duì)隔振系統(tǒng)重量和尺寸的限制、能夠承受發(fā)射時(shí)候惡劣的環(huán)境條件和外載荷、高安全系數(shù)和高可靠性要求等。并且,隔振器對(duì)衛(wèi)星基頻的影響不能給運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來困難；增加隔振系統(tǒng)后,不能使得衛(wèi)星與整流罩之間產(chǎn)生過大的相對(duì)位移,以免碰撞；以及如何解決存在著的整星隔振系統(tǒng)的基頻下降限制與提高縱向隔振性能之間的矛盾,這些使得整星隔振設(shè)計(jì)在工程技術(shù)上非常困難。
　

3、　 在總裝備部十五預(yù)研項(xiàng)目基金的大力支持之下,以某型號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射某衛(wèi)星的整星振動(dòng)控制為背景,本文對(duì)整星隔振技術(shù),如整星隔振機(jī)理、隔振器設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析方法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、適配器約束阻尼層的振動(dòng)抑制、整星隔振樣機(jī)的地面性能驗(yàn)證試驗(yàn),以及整星防搖機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)等,進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。本文的主要工作及所得出的結(jié)論如下:
　　 第一章綜述了整星隔振技術(shù)研究的工程背景、科學(xué)意義、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和目前研究中存在的問題以及解決方法。

4、r>　　 第二章論述了整星隔振機(jī)理和隔振器設(shè)計(jì)方案的研究,進(jìn)行了二自由度整星隔振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及參數(shù)的數(shù)值研究,依照所提出的整星隔振方案及其隔振器的設(shè)計(jì)路線,確定了采用整星被動(dòng)隔振系統(tǒng)方案,即在衛(wèi)星適配器與運(yùn)載火箭儀器艙的前端框之間均勻輻射式裝配一定數(shù)量的隔振單元,每個(gè)隔振單元為帶剪切粘彈性阻尼元件的鈦合金雙環(huán)結(jié)構(gòu)的隔振器。并且完成了隔振器的定型和測(cè)試,加工制造了出該隔振系統(tǒng)。再利用有限元法,對(duì)安裝隔振裝置后的衛(wèi)星進(jìn)行環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)仿真和星

5、箭耦合系統(tǒng)飛行過程中瞬態(tài)響應(yīng)計(jì)算。
　　 第三章詳細(xì)給出了整星隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析方法,研究了阻尼材料基本力學(xué)性質(zhì)、隔振器元件剛度和阻尼特性,以及星箭系統(tǒng)飛行過程瞬態(tài)響應(yīng)分析的計(jì)算,對(duì)星箭耦合載荷分析技術(shù)做了全面的研究,并且建立了這一組完整的計(jì)算方法。并且,將小生境混合遺傳算法引入整星隔振系統(tǒng)的動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)中,通過加權(quán)和方法將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題,隔振器參數(shù)經(jīng)優(yōu)化后,在確保衛(wèi)星的動(dòng)力特性滿足衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的要求下

6、,有效地提高了整星隔振系統(tǒng)橫向和縱向隔振性能,為整星隔振系統(tǒng)的動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。
　　 第四章進(jìn)行了約束阻尼適配器振動(dòng)抑制研究,按照工程中約束阻尼振動(dòng)被動(dòng)控制設(shè)計(jì)的方法步驟,確定整星隔振系統(tǒng)中適配器約束阻尼層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案,并且進(jìn)行仿真振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的橫向和縱向頻率響應(yīng)分析,與原來沒有約束阻尼層適配器的衛(wèi)星相比較,驗(yàn)證了適配器約束阻尼被動(dòng)控制的減振效果。
　　 第五章為驗(yàn)證整星減振系統(tǒng)的性能展開了整星隔振系

7、統(tǒng)地面演示驗(yàn)證的試驗(yàn)研究,振動(dòng)臺(tái)分別對(duì)整星施加縱向和橫向的加速度基礎(chǔ)激勵(lì),測(cè)量衛(wèi)星上關(guān)鍵位置的加速度響應(yīng),比較減振前后的整星結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)特性的變化,試驗(yàn)論證了整星隔振器和適配器經(jīng)約束阻尼層處理后對(duì)整星隔振的效果和工程上的可行性。
　　 在研究整星隔振過程中發(fā)現(xiàn),整星的搖晃振動(dòng)模態(tài)和縱向振動(dòng)模態(tài)密切耦合,根據(jù)整星隔振系統(tǒng)基頻下降的設(shè)計(jì)限制,僅采用一般的隔振器,其縱向隔振性能不易滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。針對(duì)某衛(wèi)星的隔振設(shè)計(jì)要求,第六章提出由

8、機(jī)械式七連桿防搖機(jī)構(gòu)和隔振器組成的整星防搖隔振方案,通過有限元模型的模態(tài)分析和縮比衛(wèi)星模型的性能測(cè)試,驗(yàn)證方案的可行性,即在不提高整星的縱向振動(dòng)模態(tài)頻率下,提高搖晃振動(dòng)的模態(tài)頻率。
　　 第七章總結(jié)了本文的研究成果和意義,并展望了整星隔振技術(shù)進(jìn)一步研究的方向。
　　 特別值得指出的是,本文根據(jù)某具體型號(hào)的配重星,在國(guó)內(nèi)第一次研制、加工、測(cè)試了重量約520公斤的整星隔振樣機(jī)。本論文的研究成果(整星隔振器方案、隔振設(shè)計(jì)和分析