一种航天器控制力矩陀螺双层隔振装置的制作方法

本发明涉及一种隔振装置，具体涉及一种航天器控制力矩陀螺双层隔振装置，属于机械振动隔离。

背景技术：

1、空间站、高分辨率光学卫星等大型航天器一般采用控制力矩陀螺(controlmoment gyroscope，简称cmg)作为姿态控制部件。cmg内部含有高速转子，转速达每分钟数千转至上万转，工作时输出大幅值扰振力，使其成为航天器上最严重的振源。空间站上cmg的振动不仅影响站上微重力水平，从而影响部分科学实验的开展，也会在密封舱内造成70db以上的噪声，对航天员的健康造成严重危害。在其他航天器上，cmg振动传递至敏感载荷后会严重影响高分辨率观测或高精度空间探测任务的完成。为降低cmg扰振对航天器任务的影响，通常对其采取隔振设计。

2、航天器上cmg为多个同时使用，各cmg满足一定的倾角关系，多个cmg构成金字塔型、五棱锥型等构型形式；工程应用中存在多种对cmg组成的集群进行整体隔振的方式，且均为单级隔振形式。honeywell公司针对四个形成金字塔型构型的cmg研制了六腿隔振平台进行整体隔振，如图1所示，六杆结构为三组互成一定角度的并联隔振器，隔振器与支架结构连接，四个cmg按一定空间角度安装在支撑结构上。美国digitalglobe公司的worldview-2卫星针对cmg的微振动隔振采用了honeywell公司研制的mavis隔振系统，对四个cmg进行集群隔振，平台通过八根隔振杆与卫星主结构连，如图2所示。

3、对于空间站和大型空间光学观测平台等大型航天器，因cmg重量及尺寸较大(单个cmg重量超过100kg，尺寸达1m以上)，

4、且为了便于航天员开展在轨维护，cmg一般采取单独安装的方式，由于其特殊的空间安装角度需求，各cmg一般需通过支架转接安装至航天器结构，上述集群隔振装置不再适用。由于大型cmg重量及尺寸较大，其自身结构固有频率较低，同时由于支架结构引入一定弹性，使cmg与支架构成的组合系统在中高频段上的固有频率丰富，在此情况下若仅对cmg进行隔振一般只能有效减小cmg工作频率处的扰振输出，而对于其2倍频及更高倍频处的扰振力输出则隔振效果有限，针对该问题，有必要发明一种航天器控制力矩陀螺双层隔振装置，对cmg的宽频扰振力输出进行有效隔离。

技术实现思路

1、有鉴于此，针对航天器大型cmg通过支架单独安装时难以实现宽频有效隔振的问题，本发明提供一种航天器控制力矩陀螺双层隔振装置，通过在cmg与支架间及支架与安装基础间采用两级隔振，使隔振装置实现宽频有效隔振的效果。

2、航天器控制力矩陀螺双层隔振装置，包括：底部支架、支撑筒、一级隔振器、解锁器、二级隔振器和安装座；

3、所述支撑筒的下端面与底部支架相连，所述支撑筒的上端面安装多个一级隔振器和多个解锁器，所述一级隔振器和解锁器一一对应，所述一级隔振器的上端面比解锁器的上端面高出设定高度；

4、cmg安装在一级隔振器和解锁器上；航天器发射段，所述解锁器处于锁定状态，实现所述cmg与所述支撑筒之间的刚性连接，一级隔振器处于压缩状态；航天器入轨后，所述解锁器解锁断开与所述cmg之间的连接，所述一级隔振器恢复至初始高度；

5、所述底部支架的上、下侧边各通过多个二级隔振器与设置在航天器结构上的安装座连接。

6、作为本发明的一种优选方式：所述二级隔振器的刚度为一级隔振器刚度的4～8倍。

7、作为本发明的一种优选方式：所述支撑筒与底部支架的连接处、一级隔振器和解锁器与所述支撑筒的连接处均通过角盒进行结构加强。

8、作为本发明的一种优选方式，所述底部支架和支撑筒均采用碳纤维复合材料。

9、作为本发明的一种优选方式，所述底部支架整体为扁平状方形体框架结构，其截面为工字型或c型。

10、作为本发明的一种优选方式，所述支撑筒的上端面相对下端面呈设定空间角度，以满足cmg的安装角度。

11、有益效果：

12、(1)本发明的双层隔振装置中，在cmg支撑筒之间设置一级隔振，底部支架与航天器结构之间设置二级隔振，采用两级隔振设计能够实现更好的整体宽频隔振效果。

13、(2)本发明的双层隔振装置中，一级隔振器用高刚度解锁器进行承载保护，使隔振器可以采用尽可能低的刚度设计，提高了隔振效率；二级隔振器具有高刚度，自身可抵抗发射段载荷，无需采用额外的解锁器对其进行发射承载保护，简化了系统配置。

14、(3)本发明的双层隔振装置中，隔振装置由薄壁的支架及支撑筒组合而成，结构效率高，重量代价小；隔振装置采用碳纤维作为结构材料使其具有高的整体刚度，降低了支架结构的弹性对中高频隔振的影响。

技术特征：

1.一种航天器控制力矩陀螺双层隔振装置，其特征在于，包括：底部支架(1)、支撑筒(2)、一级隔振器(3)、解锁器(5)、二级隔振器(4)和安装座(6)；

2.如权利要求1所述的航天器控制力矩陀螺双层隔振装置，其特征在于，所述二级隔振器(4)的刚度为一级隔振器(3)刚度的4～8倍。

3.如权利要求1或2所述的航天器控制力矩陀螺双层隔振装置，其特征在于，所述支撑筒(2)与底部支架(1)的连接处、一级隔振器(3)和解锁器(5)与所述支撑筒(2)的连接处均通过角盒(7)进行结构加强。

4.如权利要求1或2所述的航天器控制力矩陀螺双层隔振装置，其特征在于，所述底部支架(1)和支撑筒(2)均采用碳纤维复合材料。

5.如权利要求4所述的航天器控制力矩陀螺双层隔振装置，其特征在于，所述底部支架(1)整体为扁平状方形体框架结构，其截面为工字型或c型。

6.如权利要求4所述的航天器控制力矩陀螺双层隔振装置，其特征在于，所述支撑筒(2)的上端面相对下端面呈设定空间角度，以满足cmg(8)的安装角度。

技术总结
本发明提供一种航天器控制力矩陀螺双层隔振装置，通过采用两级隔振，使隔振装置实现宽频有效隔振的效果。该双层隔振装置包括：底部支架、支撑筒、一级隔振器、解锁器、二级隔振器和安装座；支撑筒的上端面相对下端面呈设定空间角度；支撑筒的下端面与底部支架相连，支撑筒的上端面安装多个一级隔振器和多个解锁器；CMG安装在一级隔振器和解锁器上；航天器发射段，解锁器处于锁定状态，实现CMG与支撑筒之间的刚性连接，一级隔振器处于压缩状态；航天器入轨后，解锁器解锁断开与CMG之间的连接，一级隔振器恢复至初始高度；底部支架的上、下侧各通过多个二级隔振器与设置在航天器结构上的安装座连接。

技术研发人员：游进,周强,朱大雷,周奉香,王威,金玮玮,赖松柏,王昊
受保护的技术使用者：北京空间飞行器总体设计部
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8