[發明專利]一種用于抑制航天器在軌微振動的非線性消振裝置

有效

• 申請號: 201410007981.2
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN103758921A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 陳立群;張業偉;丁虎;楊凱
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: F16F15/04
• 分類號: F16F15/04;F16F15/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及機械減振領域，特別是一種用于抑制航天器在軌微振動的非線性消振裝置。

背景技術

隨著航天技術的日益發展，在軌航天器的微重力環境下的振動抑制問題也變得越來越突出，嚴重影響了空間相機精度等精密儀器的可靠性和穩定性，甚至引發嚴重的災難事故。航天器在外太空所處的特殊微重力工作環境，其工況比重力環境下更為復雜，并且在軌航天器結構柔性大、阻尼小且寬頻，固有頻率不能輕易改變，對電磁干擾極為敏感，因此，針對在軌航天器的關鍵結構振動抑制是難以解決的問題。目前國際上已有四種微重力振動隔離系統被用于空間科學實驗，分別是懸浮瞬態加速度抑制器（STABLE）；實驗柜主動隔振系統（ARIS）；微重力隔振系統（MIM）；手套箱集成微重力隔振系統（g-LIMIT）。但是這些微重力振動隔離系統還存在只能針對低頻或高頻振動實現抑制，很難實現寬頻振動抑制，自身可靠性不足，隔振質量較大等問題。對于實驗柜主動隔振系統，由于在軌航天器柔性越來越大，模態密集，主動控制無法適應密頻及控制系統可靠性低等原因無法應用。

發明內容

本發明提出一種用于抑制航天器在軌微振動的非線性消振裝置，目的在于解決處于微重力環境下的航天器內部關鍵結構振動抑制問題。本裝置可安裝在航天器內部，質量小，幾乎不該變航天器中結構的固有頻率，對航天器中電子元件無電磁影響，可實現寬頻振動抑制的非線性消振裝置。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：

一種用于抑制航天器在軌微振動的非線性消振裝置，包括腔體、彈簧、環形永磁體、阻尼和永磁體；所述環形永磁體與腔體的內壁固連在一起，所述彈簧一端與腔體的頂部連接，另一端穿過環形永磁體的內圓與永磁體連接；所述阻尼一端與腔體的頂部連接，另一端穿過環形永磁體的內圓與永磁體連接。

進一步地，所述腔體為圓柱形薄壁腔體，一端封閉，一端開口。

進一步地，所述彈簧為強非線性螺旋形彈簧，即彈性力與運動參數成強非線性關系的彈簧。

進一步地，所述環形永磁體在腔體中的位置為彈簧處于靜平衡狀態下長度的中點。

進一步地，所述環形永磁體的磁極位于其上下兩個端面，上端面為S極，下端面為N極。

進一步地，所述永磁體為圓柱形，其半徑小于腔體的內徑，能夠在腔體內上下運動。

進一步地，所述永磁體的磁極位于其上下兩個端面，上端面為N極，下端面為S極。

與現有技術相比，本發明具有如下實質性特點和優點：

本發明特有的結構設計，安裝在航天器內部對減振要求高的部位，使其適合于對工作于微重力環境的結構進行振動抑制，因此對于工作于太空環境中航天器內的結構振動抑制具有良好效果。整個裝置質量較小，幾乎不改變航天器內結構的固有頻率。本裝置中的彈簧為強非線性彈簧，因此可以實現寬頻振動抑制。本裝置中的腔體采用電磁屏蔽的材料制成，因此對航天器中電子元件無電磁干擾。本裝置結構簡單、制造方便、成本低。

附圖說明

圖1是本發明裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的具體實施例做進一步的說明。

如圖1所示，一種用于抑制航天器在軌微振動的非線性消振裝置，包括腔體1、彈簧2、環形永磁體3、阻尼4和永磁體5；所述環形永磁體3與腔體1的內壁固連在一起，所述彈簧2一端與腔體1的頂部連接，另一端穿過環形永磁體3的內圓與永磁體5連接；所述阻尼4一端與腔體1的頂部連接，另一端穿過環形永磁體3的內圓與永磁體5連接。

所述腔體1為圓柱形薄壁腔體，一端封閉，一端開口。所述彈簧2為強非線性螺旋形彈簧，彈簧剛度值由根據需要抑制振動的具體結構由仿真分析或實驗結果給定。所述環形永磁體3在腔體1中的位置為彈簧2處于靜平衡狀態下長度的中點。所述環形永磁體3的磁極位于其上下兩個端面，上端面為S極，下端面為N極。所述阻尼4的阻尼值根據需要抑制振動的具體結構由仿真分析或實驗結果給定。所述永磁體5為圓柱形，其半徑小于腔體1的內徑，能夠在腔體1內上下運動。所述永磁體5的磁極位于其上下兩個端面，上端面為N極，下端面為S極。

本發明的工作原理為：腔體1固定在航天器內，當航天器內結構發生振動時，腔體1和環形永磁體3將一起隨之發生振動。由于環形永磁體3下端面為N極，永磁體5上端面為N極，因此環形永磁體3與永磁體5之間的磁力為排斥力，在磁力作用下，永磁體5將相對于腔體1作豎直方向的受迫振動，通過與腔體1及永磁體5連接的阻尼4和彈簧2所構成的非線性動力學系統完成寬頻帶下的振動抑制。?