[发明专利]一种用于微纳卫星减振的星箭适配装置

摘要

本发明公开了一种用于微纳卫星减振的星箭适配装置，本发明将星箭机械接口适配和卫星系统级减振进行一体化设计，适用于1kg～50kg级微纳卫星减振的星箭适配装置，即可满足圆环构型的微纳卫星解锁机构与箭体支架的连接适配，又具备良好的减振性能和抗冲击性能，以有效改善微纳卫星发射段的力学环境；同时，本发明为其上/下减振垫合适刚度的优选制定了一套系统完整的仿真分析和验证试验流程，用于减振垫刚度的优选，以适应航天应用的特殊环境要求。

主权项

1.一种用于微纳卫星减振的星箭适配装置，其特征在于，包括星端适配框(1)、减振垫中心限位柱(2)、上端减振垫(3)、减振垫外侧限位套法兰(4)、下端减振垫(5)和箭端适配框(6)，星端适配框(1)与周向分布的减振垫外侧限位套法兰(4)刚性固结，并通过上端减振垫(3)、下端减振垫(5)与箭端适配框(6)连接，上端减振垫(3)、下端减振垫(5)均镶嵌于减振垫外侧限位套法兰(4)内，中心通过减振垫中心限位柱(2)约束；上端减振垫(3)和下端减振垫(5)选择满足卫星动态载荷要求的减振垫；箭端适配框(6)与运载搭载星支架刚性固连，可适应星箭接口；星端适配框(1)与微纳卫星安装界面刚性固连，可适应卫星安装面接口；上端减振垫(3)和下端减振垫(5)选择满足卫星动态载荷要求的减振垫的方法为：(1)确定运载ICD接口和卫星设计方案；(2)根据卫星总质量和运载对卫星的力学接口条件，包括整星刚度条件、静态设计载荷、低频正弦振动条件、高频随机振动条件和冲击条件，转换为减振垫的承载力要求，初选出合适刚度范围及数量的减振垫，计算公式如下：式中，分别为减振垫纵向和横向的最小刚度值，初选减振垫刚度应不小于该最小刚度值；和分别为减振垫纵向和横向允许最大位移；M和H_c分别为卫星质量和质心高度；A_max＝max{rA_sin,3A_rand}，A_sin为卫星正弦振动条件峰值加速度，为卫星随机振动条件峰值加速度，P(f)为随机振动试验条件功率谱密度函数；r为卫星正弦振动时质心处相对星箭界面的动力学放大系数；R为减振器分布圆半径；N为减振器分布数量；θ_i为第i个减振器位置夹角，定义为减振器安装中心点与分布圆中心点的连线，该连线与振动方向轴之间的夹角；i为减振器编号，定义振动轴方向上距离中心点最远的减振器编号为1；(3)针对初选减振垫的刚度进行试验测试，根据减振垫刚度的试验值创建其BUSH有限元单元，结合整星有限元模型进行组合体耦合仿真分析，得到卫星基频ω_a，根据以下公式确定满足条件的减振垫刚度，参加下一步试验筛选：ω_a≥κω_min式中，ω_min为整星刚度条件要求下限值，κ为安全系数；(4)结合卫星的力学结构，并利用特征级扫描试验剔除不符合整星刚度要求的减振垫，即试验得到卫星基频ω_t满足ω_t≥ω_min；进一步，利用冲击、正弦振动和随机振动试验数据验证减振垫承载能力并确定各状态减振垫的减振效率，即：式中，和分别为满量级振动试验前后试验测得卫星基频，η_i为第i个减振器试件的减振效率，L为减振器试验件个数，和分别为卫星带第i个减振器和不带第i个减振器的动力学响应的峰值加速度值，根据上述公式，剔除不能满足卫星刚度及动态载荷传递要求的或减振效率较低的减振垫，取最大η_i的减振垫刚度为优选结果。