[发明专利]低刚度悬吊系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在轨失重状态的模拟实验方法，具体是一种低刚度悬吊系统及其实现方法。

背景技术

随着航天技术的发展，对于敏感载荷的性能测试手段需要不断地更新，如何实现敏感载荷的失重状态下的性能测试显得尤为重要。

一般地，航天领域多使用悬吊试验来模拟考核载荷的在轨性能，当前卫星结构平台的振动频率大多高于5Hz，如果要求悬吊系统频率对试验的影响忽略不计，则要求悬吊系统的固有频率不高于系统频率的1/10。因此，如果对卫星或载荷进行失重模拟试验，则要求悬吊系统的纵向固有频率不高于0.5Hz。但是，常规的钢丝绳悬吊方法完全约束了载荷的纵向刚度，显然已经不满足失重状态的需求。

常规的低刚度悬吊系统设计方法有线性弹簧系统设计、非线性弹簧系统设计、并联结构设计、碟簧-线性弹簧联合设计等方法，上述设计方法实际操作复杂，针对不同的悬吊对象重新设计、加工，工艺复杂且制作周期较长。同时，由于航天领域所用部件具有极少量的特点，因此，相关的生产厂家多以生产量不足为由拒绝生产加工。

为此，如何提供一种简单、快捷、设计灵活、成本低廉的低悬吊系统设计方法成为业内亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种低刚度悬吊系统及其实现方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种低刚度悬吊系统的实现方法，包括以下步骤：

步骤1，选用弹力绳；

步骤2，截取单位长度的弹力绳，以单位重量砝码累加的方法测量弹力绳在不同重量砝码作用下的伸长量，获取单位长度弹力绳的刚度k与单位砝码质量m的刚度特性曲线；

步骤3，根据步骤2中的单位长度弹力绳的刚度特性曲线，选取弹力绳刚度特性曲线中刚度变化较为平稳的区域对应的砝码重量m，确定弹力绳所能承受的悬吊对象重量M；

步骤4，分别选取n根步骤2中的弹力绳并联形成并联系统，并获取并联系统的刚独特性与步骤2中的单根弹力绳的刚度特性进行对比，确定并联系统的刚度特性为n根单根弹力绳刚度特性的线性叠加；

步骤5，根据步骤3和步骤4，所述悬吊对象质量为M，所述并联弹力绳数量为n，确定悬吊系统的固有频率；

步骤6，根据步骤5，调整弹力绳的刚度特性曲线，使其满足其中，f为悬吊系统的固有频率；

步骤7，根据悬吊对象质量M，计算所需的弹力绳个数：n=M/m；

步骤8,对悬吊对象质量M的悬吊系统进行纵向的“单摆”试验，获取此时悬吊系统真实的纵向固有频率；

步骤9：根据悬吊系统吊点到悬吊对象的质量M质心的距离，利用“单摆”公式计算此时悬吊系统真实的横向固有频率，并实现低刚度悬吊系统。

所述步骤1中，弹力绳为蹦极常用乳胶丝弹力绳，其直径为Φ10mm。

所述步骤2中，单位长度为2.05m；单位长度弹力绳的刚度k与单位砝码质量m之间的关系为：k随m的增加而减小，达到一定程度后，k随m的增加反而增加。

所述步骤4中，并联系统的实现方法为：选取两根步骤2中的弹力绳并联、选取三根步骤2中的弹力绳并联，以此类推，至选取5根步骤2中的弹力绳并联，形成包括两根、三根、四根、五根弹力绳并联后的并联系统。

所述步骤5中，悬吊系统的固有频率为n·kM=MmkM=km,]]>其中，n近似等于M/m；由步骤5可知，悬吊系统的固有特性由单根弹力绳的刚度特性曲线决定。

所述步骤6中，调整弹力绳刚度的方法为：选取n根刚度为k的弹力绳串联后的系统的刚度为1/n，假设n个单位长的弹力绳的刚度特性为1个单位长的弹力绳刚度特性的1/n，以此为初始条件，调整弹力绳的长度，重复步骤2，获取该长度下弹力绳的刚度特性曲线。