一种多模式可变刚度支撑装置及方法与流程

本发明涉及航天，具体涉及一种多模式可变刚度支撑装置及方法。

背景技术：

1、遥感卫星特别是高分辨率光学卫星对微振动的要求极高，微小的振动都有可能造成光学载荷的抖动，进而降低卫星的指向精度和稳定度，导致成像质量下降，甚至出现图像扭曲现象。因此载荷支撑装置成为保证成像质量的重要环节。目前遥感卫星的微振动抑制手段多为在支撑装置中加入硅橡胶隔振器、金属隔振器等常用元件，但由于在轨微振动振幅小、频率低的特点，这些常规隔振手段难以达到很好的隔振效果。为了达到较好的在轨振动衰减效果，需要用刚度极低的支撑装置来代替采用常规隔振器的支撑装置，同时增加额外的刚性锁紧释放装置，来保证地面运输及发射主动段的恶劣环境。

2、现有技术研究多集中于载荷的刚性锁紧释放装置，不提供柔性支撑。也有一些针对低刚度隔振系统的设计，但多集中于主被动隔振平台的设计，不考虑刚性锁紧的需求。若要将二者简单叠加使用，则导致结构复杂，质量较大，因此需要一种高度集成的多模式支撑装置。此外，目前的锁紧释放装置常采用火工品、鱼丝熔断等作为解锁单元，这些方式均为单次释放不可逆，无法满足地面运输、试验开展以及在轨机动等不同的需求，而且其爆炸冲击力大，会产生污染，容易对光学载荷产生不可逆的损害，同时其成本高昂、不可检测，不利于提高支撑的可靠性，因此载荷支撑装置中需要新型的非火工低冲击的锁紧释放方式。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中隔振效果差、不提供柔性支撑以及结构复杂的缺陷，解决高分辨率光学卫星在轨微振动对载荷的影响，同时满足地面及发射段的安全要求，从而提供一种多模式可变刚度支撑装置及方法。

2、一种多模式可变刚度支撑装置，包括：连接铰链、可变刚度连接单元和紧固件，所述连接铰链设置在可变刚度连接单元上方，可变刚度连接单元包括纵向依次设置的限位连接单元和电磁铁单元，限位连接单元由纵向依次连接的上限位块、下限位块、簧片和转接块组成，电磁铁单元包括纵向依次设置的第一电磁铁和第二电磁铁，连接铰链和限位连接单元中的上限位块连接，限位连接单元中的转接块和第一电磁铁连接，第二电磁铁的下方设置有底座，第二电磁铁和底座连接。

3、进一步地，所述多模式可变刚度支撑装置外部还安装有上盖和外筒，上盖的中心开设有通孔，下限位块贯穿通孔，上限位块和下限位块的内圈间隙配合，上限位块和下限位块上均设置有限位挡圈，上限位块的限位挡圈位于上盖的上方，下限位块的限位挡圈位于上盖的下方，外筒的顶部通过紧固件与上盖连接，外筒的底部通过紧固件与底座连接。

4、进一步地，所述多模式可变刚度支撑装置还包括刚性辅助连接单元，刚性辅助连接单元通过紧固件成对设置在连接铰链的两端。

5、进一步地，所述刚性辅助连接单元具体为多个刚性辅助支撑板，刚性辅助支撑板外形近似为“l”形，刚性辅助支撑板的上端通过紧固件安装在连接铰链上，刚性辅助支撑板的下端通过紧固件安装在底座上。

6、进一步地，所述电磁铁单元还包括第一电磁铁安装座和第二电磁铁安装座，第一电磁铁安装座安装在第一电磁铁外部，第二电磁铁安装座安装在第二电磁铁外部，第一电磁铁安装座和转接块连接，第二电磁铁安装座和底座连接。

7、进一步地，所述第一电磁铁安装座的下沿处为凸出的45°楔形切面结构，第二电磁铁安装座的上沿处为内凹的45°楔形切面结构。

8、进一步地，所述连接铰链为柔性铰链，连接铰链中间部分的棱边上开设有直线凹槽。

9、进一步地，所述第一电磁铁安装座、第二电磁铁安装座和外筒的侧壁上均开设有走线孔。

10、进一步地，所述下限位块贯穿上盖通孔部分的直径小于上盖中心通孔的直径。

11、本发明还包括一种多模式可变刚度支撑方法，该方法是基于上述任一项所述的一种多模式可变刚度支撑装置所实现的，首先，当卫星发射之前在地面试验或运输时，使用多模式可变刚度支撑装置通过刚性辅助支撑板底部与底座连接，刚性辅助支撑板顶部与连接铰链连接，卫星主承力筒上设置有底座平台，底座下方与下支撑座连接，下支撑座安装在底座平台上，连接铰链与上支撑座螺纹连接，上支撑座安装在载荷平台上，载荷平台上方为载荷，从而达到利用刚性辅助支撑板实现刚性连接支撑的目的；

12、在卫星发射前，拆除刚性辅助支撑板，卫星在发射时仅通过第一电磁铁和第二电磁铁通电保持刚性连接支撑的模式，具体为：当卫星在轨快速机动或变轨等需要刚性锁紧载荷时，将第一电磁铁和第二电磁铁通电，第一电磁铁正接电源且第二电磁铁反接电源，或者第一电磁铁反接电源且第二电磁铁正接电源，使第一电磁铁和第二电磁铁之间产生相互吸引的电磁力，第一电磁铁在电磁力的作用下向下移动，与第二电磁铁吸合，同时，第一电磁铁安装座也在电磁力的作用下向下移动，与第二电磁铁安装座吸合，从而带动转接块、簧片、下限位块、上限位块、连接铰链、上支撑座、载荷平台和载荷均向下运动，完成底座平台对载荷的固定连接；

13、卫星发射入轨后或其他需要由刚性支撑模式转入柔性支撑模式时，将第一电磁铁和第二电磁铁通电，第一电磁铁和第二电磁铁同时正接电源或者同时反接电源，使第一电磁铁和第二电磁铁之间产生相互排斥的电磁力，同时附加簧片的弹性恢复力带动第一电磁铁、第一电磁铁安装座、转接块、簧片、下限位块、上限位块、连接铰链、上支撑座、载荷平台和载荷同时向上移动，第一电磁铁与第二电磁铁、第一电磁铁安装座和第二电磁铁安装座均实现解锁分离，之后第一电磁铁和第二电磁铁断电，簧片恢复到初始状态，载荷经过簧片连接至底座平台上，通过簧片提供的低频传递路径进行卫星微振动隔振。

14、本发明技术方案，具有如下优点：

15、1.本发明提供的多模式可变刚度支撑装置及方法，能够实现刚性支撑和柔性支撑的反复切换，地面及发射阶段通过电磁力或刚性辅助支撑提供较大刚度实现刚性支撑，使载荷能够满足动力学要求。

16、2.本发明提供的技术方案中，在星箭分离之后，电磁通电产生反向力，再加上柔性簧片提供的反向力，使支撑装置解锁，由柔性簧片提供柔性支撑功能，支撑刚度可根据载荷及扰动源改变簧片刚度的设计进行调节，从而很好的满足微振动隔振要求，隔离平台的微振动对载荷的影响。

17、3.本发明提供的技术方案中，针对遥感卫星载荷的支撑装置，利用集成设计，同时实现刚性锁紧支撑和柔性隔振支撑，刚性辅助连接单元与可变刚度连接单元通过串联布置，具有结构紧凑、质量小的优点。

18、4.本发明提供的技术方案中，电磁铁安装座配合面通过楔形切面结构设计起到导向作用，保证电磁铁的吸合过程平稳，同时在电磁铁吸合后提供径向约束，承受横向力，保证刚性连接的可靠性。

19、5.本发明提供的技术方案中，采用了非火工低冲击的锁紧释放方式，与传统火工品锁紧释放装置相比，具有锁紧释放过程可逆、分离过程无冲击、工作过程无污染、成本低、可检测以及可靠性高的优点；与鱼丝熔断锁紧释放装置相比，具有锁紧释放过程可逆、响应速度快、采用多个装置同步性好、工作过程无污染、成本低、可检测以及可靠性高的优点。

20、6.本发明提供的技术方案中，所使用的簧片既能够提供在轨柔性支撑，提供所需要的低频隔振环节，又能够在解锁时提供反向力，使电磁铁顺利分离；整个装置的支撑刚度可变，通过对簧片刚度的设计，可满足不同载荷及扰动环境的需求，使系统具有较低的共振频率和较大的隔振频率范围，从而很好地隔离平台微振动对载荷的影响。

21、7.本发明提供的技术方案中，卫星发射前采用刚性辅助支撑进行刚性锁紧，卫星发射和在轨需要时，电磁铁通电产生电磁吸力进行刚性锁紧，且可以通过调整电磁力大小对刚度进行调节以适应不同的载荷，能够适应地面总装、测试、试验、运输、火箭上发射状态及在轨快速机动等状态的恶劣力学环境；断电时通过电磁铁的排斥力和簧片的弹性恢复力可自行解锁分离，具有解锁可靠性高和解锁过程平稳的优点。