[發(fā)明專利]一種聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)航天器沖擊隔離裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011522542.7
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112562621A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁千;呂曉飛;盛薈;楊天智
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G10K11/162
• 分類號: G10K11/162
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 曹玉平

本發(fā)明公開了一種聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)航天器沖擊隔離裝置，包括衛(wèi)星載荷，所述衛(wèi)星載荷底部通過連接件連接有沖擊隔離裝置，沖擊隔離裝置底部通過爆炸螺栓與受沖擊板固定；所述沖擊隔離裝置包括分層疊加設(shè)置的隔沖環(huán)，以及相鄰隔沖環(huán)之間的隔沖墊塊構(gòu)成；所述隔沖環(huán)由連續(xù)交替排布的聲學(xué)黑洞變截面段和環(huán)體段構(gòu)成，隔沖環(huán)的環(huán)體段交替布置有連接件和固定件，各層隔沖環(huán)通過連接件對稱固定，隔沖墊塊通過固定件設(shè)置在相鄰隔沖環(huán)的環(huán)體段之間；所述聲學(xué)黑洞變截面段由兩端向中部收縮，聲學(xué)黑洞變截面段表面單側(cè)的收縮輪廓曲線遵循以聲學(xué)黑洞變截面段中點為坐標(biāo)原點的函數(shù)h(x)＝εx^m+h₀變化。本發(fā)明旨在提供一種具有聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)的航天器沖擊隔離裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天器減沖擊設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)航天器沖擊隔離裝置。

背景技術(shù)

國內(nèi)在衛(wèi)星整體沖擊隔離系統(tǒng)方面開展的研究工作較少。火箭在點火升空至星箭分離過程中，衛(wèi)星需要經(jīng)歷嚴(yán)酷的沖擊環(huán)境，包括發(fā)動機點火、關(guān)機與分離過程的沖擊。其中有效載荷的解鎖分離的沖擊環(huán)境最為強烈。爆炸螺栓的選用滿足了對接裝置的可靠性，然而會造成較大的沖擊，以高頻為主要成分。據(jù)統(tǒng)計沖擊響應(yīng)譜的拐點一般在1000Hz以上，爆炸沖擊的加速度可達3×10²到3×10⁵g，強烈的沖擊環(huán)境可能造成衛(wèi)星上的電子、光學(xué)和其他敏感裝置產(chǎn)生破壞。

星箭分離沖擊環(huán)境是衛(wèi)星在發(fā)射過程中經(jīng)歷的最為嚴(yán)苛的力學(xué)環(huán)境之一，是由火工品起爆作用于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的高頻、高量級的瞬態(tài)沖擊響應(yīng)。一般情況下，高頻的火工沖擊載荷不會對航天器的結(jié)構(gòu)造成破壞，但是卻能對具有晶振、脆性材料等精密電子設(shè)備造成損傷，從而造成航天任務(wù)的失敗。

聲學(xué)黑洞是通過逐漸減小系統(tǒng)的幾何參數(shù)或者材料特性參數(shù)而形成的一種具有能量聚集效應(yīng)的結(jié)構(gòu)，在理想情況下波的傳播速度隨介質(zhì)的變化逐漸減小到零，因此不會發(fā)生波的反射。聲學(xué)黑洞的實現(xiàn)方法多種，其中將梁或者薄板的厚度按照一定的規(guī)律剪裁是最簡單有效的方法。當(dāng)入射彎曲波在結(jié)構(gòu)的等厚度部分傳播時，波長和波幅為定值。隨著彎曲波從結(jié)構(gòu)的等厚度區(qū)域進入到聲學(xué)黑洞區(qū)域后，播速會因厚度的減小而逐漸減小，波長被壓縮，波幅增大。理想的聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)邊緣厚度可漸變?yōu)榱悖_到波在邊緣處完全不反射的黑洞效果，即對波的完美俘獲，但對于實際加工以及工程實際應(yīng)用，實際結(jié)構(gòu)的邊緣厚度不可能無限趨近于零，即存在一個截斷厚度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，旨在提供一種具有聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)，來防止沖擊對衛(wèi)星設(shè)備產(chǎn)生破壞的航天器沖擊隔離裝置。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種聲學(xué)黑洞結(jié)構(gòu)航天器沖擊隔離裝置，包括衛(wèi)星載荷，所述衛(wèi)星載荷底部通過連接件連接有沖擊隔離裝置，沖擊隔離裝置底部通過爆炸螺栓與受沖擊板固定；所述沖擊隔離裝置包括分層疊加設(shè)置的隔沖環(huán)，以及相鄰隔沖環(huán)之間的隔沖墊塊構(gòu)成；所述隔沖環(huán)由連續(xù)交替排布的聲學(xué)黑洞變截面段和環(huán)體段構(gòu)成，隔沖環(huán)的環(huán)體段交替布置有連接件和固定件，各層隔沖環(huán)通過連接件對稱固定，隔沖墊塊通過固定件設(shè)置在相鄰隔沖環(huán)的環(huán)體段之間；所述聲學(xué)黑洞變截面段由兩端向中部收縮，聲學(xué)黑洞變截面段表面單側(cè)的收縮輪廓曲線遵循以聲學(xué)黑洞變截面段中點為坐標(biāo)原點的函數(shù)h(x)＝εx^m+h₀變化，其中h(x)為聲學(xué)黑洞變截面段單側(cè)輪廓曲線在x點的厚度，x為坐標(biāo)原點兩側(cè)的長度坐標(biāo)，h₀為聲學(xué)黑洞變截面段單側(cè)輪廓曲線的最低厚度，ε和m為常數(shù)，則聲學(xué)黑洞變截面段的整體厚度遵循h(huán)(x)＝2εx^m+2h₀變化。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：