發(fā)布時間：2020-11-10 02:24

　　 隨著現(xiàn)代信息化的不斷推進(jìn),空間技術(shù)成為信息化發(fā)展的主要力量之一,但火箭在發(fā)射飛行過程中,由于發(fā)動機(jī)的點火、關(guān)機(jī)、爆炸沖擊和級間分離等動作,使火箭主動段在飛行過程中產(chǎn)生劇烈的振動,這些復(fù)雜的動力學(xué)環(huán)境在很大程度上影響衛(wèi)星的使用壽命,從頻譜角度看,振動環(huán)境包括幾十赫茲的低頻結(jié)構(gòu)振動以及幾百至上千赫茲的中高頻振動,因此衛(wèi)星減振就顯得尤為重要。本文提出一種在不改變原有適配器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,在原有適配器與柔性衛(wèi)星之間串聯(lián)粘彈性阻尼器,并對新模型進(jìn)行理論分析和實驗驗證,并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于粘彈性阻尼器-非線性能量阱耦合控制的減振方法。本文主要包括以下四個方面內(nèi)容。首先根據(jù)不改變原有適配器結(jié)構(gòu)的原則,本文提出了一種基于粘彈性阻尼器的整星被動隔振系統(tǒng),從宏觀角度對粘彈性阻尼器的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分析,利用跡法模型分析將粘彈性阻尼器等效成三次非線性剛度和三次非線性阻尼,分析了非線性參數(shù)對能耗的影響規(guī)律,其次建立動力學(xué)模型討論系統(tǒng)的非線性特性,為整星隔振系統(tǒng)的理論分析建立基礎(chǔ)。利用諧波平衡法對基于粘彈性阻尼器的整星被動隔振系統(tǒng)進(jìn)行求解,通過仿真分析非線性參數(shù)在共振頻率下對系統(tǒng)的隔振性能的影響規(guī)律;利用平均能量法分析參數(shù)對耗能的影響規(guī)律,根據(jù)參數(shù)影響規(guī)律用遺傳算法求解系統(tǒng)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù),為樣機(jī)加工提供參數(shù)。根據(jù)設(shè)計的整星裝置及結(jié)構(gòu)參數(shù)對實驗樣機(jī)進(jìn)行加工,其次對加工好的整星隔振裝置進(jìn)行振動試驗,通過對整星隔振裝置施加外激勵,驗證模擬衛(wèi)星在不同配重條件下、不同外激勵條件下的減振效果,驗證粘彈性阻尼器對整星隔振裝置的減振性能,證明理論分析的正確性,最后完成誤差來源的分析以及分析影響系統(tǒng)的非線性因素。最后在此基礎(chǔ)上提出了一種基于粘彈性阻尼-非線性能量的阱耦合控制的減振方法,利用諧波平衡法對其進(jìn)行動力學(xué)分析,利用龍哥庫塔法分析系統(tǒng)響應(yīng),得到基于粘彈性阻尼-非線性能量阱耦合控制方法可達(dá)到良好減振效果的結(jié)論。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TB535.1
【部分圖文】：

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文2下兩種：一是在不改變原有適配器的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在適配器的上下端面或者內(nèi)部增加減振裝置；另一種是以減振裝置代替原本適配器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行減,如圖1-1所示，從而達(dá)到改善整星的力學(xué)環(huán)境。圖1-1不同減振方式Fig.1-1DifferentModesofVibrationReduction1.2整星隔振技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1整星隔振技術(shù)的國外研究現(xiàn)狀整星隔振技術(shù)最早源于歐美,旨在降低衛(wèi)星在發(fā)射過程當(dāng)中面臨的復(fù)雜載荷情況的同時使隔振系統(tǒng)達(dá)到一定的通用性和穩(wěn)定性。最早在1997年，AFRL實驗室聯(lián)合MoogCSA工程公司研制出第一套整形隔振裝置SoftRideUniFlex，隨后面對更高的減振性能要求、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及通用性要求，CSA公司針對不同適用范圍又相繼研制出了SoftRideMultiFlex、SoftRideOmniFlex和SoftRideShockRing等一系列不改變原有適配器整體結(jié)構(gòu)的被動隔振裝置[6,7]。其中SoftRideUniFlex如圖1-2所示，隔振裝置是在錐殼適配器與衛(wèi)星下表面之間安裝一組隔振器[8-10]。這種隔振器是由壓力環(huán)組成的，在壓力環(huán)內(nèi)部粘貼有阻尼材料，在外激勵的作用下通過約束阻尼抑制系統(tǒng)的響應(yīng)幅值，這種隔振裝置先后在1998年應(yīng)用于Taurus火箭上發(fā)射的GFO航天器、STE航天器，2000年應(yīng)用于Taurus火箭上發(fā)射的MTI航天器。但這種隔振裝置只能降低系統(tǒng)的軸向過載現(xiàn)象，無法同時滿足在軸向過載和橫向過載的現(xiàn)象。圖1-2SoftRideUniFlex減振器Fig.1-2SoftRideUniFlexShockAbsorber故根據(jù)SoftRideUniFlex隔振裝置存在的缺點，CAS公司隨后又研制出了同時可以控

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文2下兩種：一是在不改變原有適配器的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在適配器的上下端面或者內(nèi)部增加減振裝置；另一種是以減振裝置代替原本適配器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行減,如圖1-1所示，從而達(dá)到改善整星的力學(xué)環(huán)境。圖1-1不同減振方式Fig.1-1DifferentModesofVibrationReduction1.2整星隔振技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1整星隔振技術(shù)的國外研究現(xiàn)狀整星隔振技術(shù)最早源于歐美,旨在降低衛(wèi)星在發(fā)射過程當(dāng)中面臨的復(fù)雜載荷情況的同時使隔振系統(tǒng)達(dá)到一定的通用性和穩(wěn)定性。最早在1997年，AFRL實驗室聯(lián)合MoogCSA工程公司研制出第一套整形隔振裝置SoftRideUniFlex，隨后面對更高的減振性能要求、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及通用性要求，CSA公司針對不同適用范圍又相繼研制出了SoftRideMultiFlex、SoftRideOmniFlex和SoftRideShockRing等一系列不改變原有適配器整體結(jié)構(gòu)的被動隔振裝置[6,7]。其中SoftRideUniFlex如圖1-2所示，隔振裝置是在錐殼適配器與衛(wèi)星下表面之間安裝一組隔振器[8-10]。這種隔振器是由壓力環(huán)組成的，在壓力環(huán)內(nèi)部粘貼有阻尼材料，在外激勵的作用下通過約束阻尼抑制系統(tǒng)的響應(yīng)幅值，這種隔振裝置先后在1998年應(yīng)用于Taurus火箭上發(fā)射的GFO航天器、STE航天器，2000年應(yīng)用于Taurus火箭上發(fā)射的MTI航天器。但這種隔振裝置只能降低系統(tǒng)的軸向過載現(xiàn)象，無法同時滿足在軸向過載和橫向過載的現(xiàn)象。圖1-2SoftRideUniFlex減振器Fig.1-2SoftRideUniFlexShockAbsorber故根據(jù)SoftRideUniFlex隔振裝置存在的缺點，CAS公司隨后又研制出了同時可以控

1緒論3制橫向過載和軸向過載的SoftRideMultiFlex隔振裝置如圖1-3所示，這種隔振裝置也是連接在衛(wèi)星與適配器連接面之間，它是由兩個SoftRideUniFlex控制軸向過載，利用中間串聯(lián)支柱的彎曲變形控制橫向過載,同時滿足了橫向和軸向兩個方向的振動隔離[11-13]。2000年被應(yīng)用于OSPSLV火箭上發(fā)射的Minotaur航天器、JAWSAT火箭上發(fā)射的Minotaur航天器及MightySat火箭上發(fā)射的Minotaur航天器等。但是由于火箭內(nèi)部空間資源珍貴，這種隔振裝置由于自身結(jié)構(gòu)特點，大大降低了系統(tǒng)的空間利用率。圖1-3SoftRideMultiFlex減振器Fig.1-3SoftRideMultiFlexShockAbsorber面對SoftRideMultiFlex隔振裝置存在的空間利用率的問題，CAS公司隨后又研制出了SoftRideOmniFlex隔振裝置如圖1-4所示[14-15]。這種隔振裝置通用性強(qiáng)，既可以安裝在衛(wèi)星與適配器連接面之間，可以安裝在運(yùn)載火箭與適配器連接面之間，通過壓力環(huán)與粘彈性材料配合，在面對外激勵時通過粘彈性材料變形耗散橫向和軸向能量，在滿足空間利用率的基礎(chǔ)上隔振性能相對于SoftRideMultiFlex大大提高，同時OmniFlex隔振器的數(shù)量可以根據(jù)不同的發(fā)射任務(wù)適當(dāng)調(diào)節(jié)，達(dá)到了通用性，但主要針對的是小衛(wèi)星的發(fā)射。圖1-4SoftRideOmniFlex減振器Fig.1-4SoftRideOmniFlexShockAbsorber隨后，CAS公司還制出了SoftRideShocking隔振裝置如圖1-5所示[16-20]。這種隔振裝置結(jié)構(gòu)為圓環(huán)狀，利用其自身的高彈性能滿足減振效果，同時可根據(jù)不同發(fā)射要求制定不同尺寸的隔振器，通用性強(qiáng)。于2002年被首次應(yīng)用到VALPE(NASA)火箭上發(fā)射的航天器上，但這種隔振器的作用范圍僅局限于類似于沖擊載荷這一類的高頻振動。之后CAS公司在SoftRideUniFlex被動隔振裝置的基礎(chǔ)之上配合壓電材料的使用，研制出了基于SoftRide主被動一體的整星?
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本文編號：2877323