[发明专利]一种发射段减振和在轨段隔振一体化的载荷支撑装置

说明书

本发明提供一种发射段减振和在轨段隔振一体化的载荷支撑装置，能够实现发射段高刚度高阻尼、在轨段低刚度低阻尼的变刚度需求，实现发射段减振和在轨段隔振功能一体化，同时具有很高的可靠性。包括载荷平台、隔振模块以及连接支撑模块。其中隔振模块的上下两端分别与载荷平台和连接支撑模块相连，隔振模块为封闭式并联结构，可实现发射段对力学环境的大承载、高可靠性能要求；同时采用对称、倾斜支撑设计，实现空间坐标系下三向等刚度、等基频功能，具有较好的稳定性。通过双向调节橡胶隔振组件压缩量，实现变刚度设计要求，针对复杂空间力学环境具有较强的适应能力。该支撑装置质量轻、尺寸小、结构简单、制造成本低，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种载荷支撑装置，具体涉及一种用于航天器中抗力学环境及在轨隔振一体化的载荷支撑装置，属于航天器减隔振技术领域。

背景技术

随着航天器技术的快速发展，航天器有效载荷的精度、敏感度和复杂度不断提升，一方面，在发射阶段，需要降低有效载荷安装处的振动量级，防止火箭引起的振动环境对高精度载荷造成损伤；另一方面，在在轨工作阶段，需要降低星上运动部件(如控制力矩陀螺、反作用轮、太阳翼驱动机构等)产生的微振动干扰，保证有效载荷的精度满足要求。

工程中通常采用特殊的载荷支撑装置满足以上需求，但是这两种需求对载荷支撑装置的要求具有一定的矛盾性。对于发射段的减振要求，载荷支撑装置既需要有较高的阻尼，通过阻尼效应降低发射段的振动量级，也需要有较高的刚度，避免与航天器结构发生共振耦合并提高载荷支撑装置的承载能力。对于在轨段的隔振要求，载荷支撑装置则需要具有较低的阻尼，避免阻尼太大降低隔振效率，同时也需要具有较低的频率，从而避开扰源的振动激励频率，提高中高频段隔振的效果。上述两方面的矛盾需求给载荷支撑装置的设计造成了极大的困难。

目前，航天器减隔振装置相关专利有：(1)一种并联桁架式CMG群减隔振装置，采用多根隔振杆并联组合，通过桁架布局的形式实现对多个CMG的整体隔振，并可通过调整隔振杆布局角度以及隔振器刚度、阻尼参数，实现隔振系统特性的调整，以适应不同型号的CMG减隔振要求(专利号ZL201610329702.3)；(2)一种微幅高承载高阻尼微动隔振器，采用外部主刚度弹簧与内部流体阻尼并联，实现对微振动的高度敏感，有效提高微振动、高精度的航天器在轨振动控制(申请号201618001923.9)；(3)一种主被动一体化的四足会聚式隔振器，采用三足斜置式支撑，通过加入压电陶瓷与隔振弹簧和金属橡胶并联提高承载能力，且具有较好的抑制共振峰值作用(申请号CN201810057862.6)；(4)一种三向刚度可调隔振器，通过调节上下对称的八片弓形弹簧片与中心螺杆之间的径向和轴向距离，从而实现自身刚度的调节，能够使用不同振动工况需求，具有较宽的振动环境使用范围(申请号201710560814.4)；(5)一种可变刚度的隔振器，通过磁流变弹性体剪切方向上刚度的变化来隔振或减振，使其在振源频率不断变化的情况下也能达到较好的减振效果(申请号CN201120115405.1)；(6)变刚度调节型橡胶隔振器，通过夹紧机构调整橡胶所受到的预紧力大小来改变橡胶隔振器的刚度和固有频率(申请号CN200720076571.9)；(7)一种变刚度抗冲击钢丝绳隔振器，通过调节螺旋弹簧与橡胶导柱之间的间距实现变刚度功能和变固有频率特性(申请号CN201210449630.8)；(8)专利：一种可以降低非线性效应的隔振单元模块，采用“S”型结构与振源和基体连接，并在其间距中设置橡胶垫，可以有效降低振动传递，具有较好的承载能力(申请号US201415033600)。

上述专利所设计的隔振装置，有助于实现高承载，具有较好的抗力学环境以及良好的高频隔振效果，且可抑制共振频段的峰值响应，但仍存在一些不知之处，具体表现在：

(1)单一提高承载能力而无法兼顾变刚度，适用环境受限。传统的隔振器虽采用隔振弹簧与橡胶并联以增加其承载能力，但因其无法实现变刚度调节，继而导致针对复杂力学环境下无法实现固有频率的调节，应用环境受限。而针对加入主动控制环节以实现变刚度、变阻尼功能虽能有效提高适应性，但同时增加了系统的复杂程度，从而降低了可靠性。