一种减振性能可调节的卫星动量轮减振器

本发明属于航天器振动控制领域，更具体的，涉及一种减振性能可调节的卫星动量轮减振器。

背景技术：

1、随着遥感卫星技术的日新月异，当前各类卫星往往携带了大量先进的电子设备，用于观测和传输信息。这些设备通常具备极高的灵敏度，易受微小扰动影响。同时，振动加重卫星上搭载的功能设备的老化，这使得在轨微振动成为限制卫星性能和可靠性的主要因素之一。

2、研究发现，由于转子动静不平衡、轴承缺陷和电机控制器误差等问题，卫星动量轮在正常输出动量矩时会产生复杂的谐波扰动，这使得动量轮成为卫星微振动的主要来源。因此，卫星动量轮振动控制技术成为了研制高分辨率遥感卫星需要突破的关键技术之一。目前，常用的振动控制方法主要有阻尼减振、吸振、结构刚化等等，这些方法各有利弊。其中，结构刚化会增加卫星质量，而主动隔振相对复杂，可靠性不高。综合来看，最有可行性的方法是在振动主要的传递路径上，即卫星动量轮支架与星体之间安装若干个并联的减振或隔振装置。但是，传统的减振装置会增大卫星的发射重量，造成成本上升和技术难度增大等问题。

技术实现思路

1、针对现有卫星减振装置减振频域窄、使用寿命短的缺陷，本发明的目的是提供一种减振性能可调节的卫星动量轮减振器，满足不同工况下卫星的减振需求。

2、根据本发明提供的一种减振性能可调节的卫星动量轮减振器，包括第一部分、第二部分以及减振模块；其中，所述第一部分能够与卫星动量轮支架固定连接，所述第二部分能够与卫星星体连接，所述第一部分与所述第二部分通过所述减振模块弹性连接，所述减振模块能够沿其轴向弹性变形，使得所述第一部分能够相对于所述第二部分沿所述减振模块的轴向方向往复移动；所述减振模块包括多层减振单元，每层所述减振单元均包括多个弹性减振件，所述弹性减振件包括顶面和底面，所述顶面与所述底面互相平行，且均垂直于所述弹性减振件的轴线；所述顶面与所述底面之间通过弹性杆连接，所述弹性杆的形状为空间曲线，所述弹性杆在所述顶面或底面的投影不超出所述顶面或底面的轮廓，所述弹性杆在所述弹性减振件受压时产生弯曲变形，使得所述顶面和所述底面之间的距离缩短，同时使得所述顶面与所述底面绕所述弹性减振件的轴线相对转动。

3、进一步地，所述第一部分包括上接头、活塞杆以及活塞，所述上接头的下端固定连接所述活塞杆的上端，所述活塞杆的下端固定连接所述活塞。

4、进一步地，所述第二部分包括减振筒、衬套以及下接头；其中，所述减振模块设置在减振筒内，所述活塞从所述减振筒的第一端的端部伸入所述减振筒之内，并与所述减振模块的第一端抵接，且所述活塞能够相对于所述减振筒往复移动；所述减振筒的第二端固定套设在所述衬套的第一端之外；所述衬套的第一端与所述减振模块的第二端固定连接，所述衬套的第二端与所述下接头可拆卸连接。

5、进一步地，所述第二部分还包括销轴、连接销座以及底板，所述下接头通过所述销轴与所述连接销座相连；所述连接销座与所述底板固定连接，所述底板能够与卫星星体可拆卸连接。

6、进一步地，所述上接头的下端设置有套筒，所述活塞杆和所述活塞位于所述套筒之内，所述套筒套设于所述减振筒之外，且能够相对于所述减振筒往复移动。

7、进一步地，所述衬套通过下方螺柱与所述下接头螺接；所述衬套外侧设有卡榫，所述卡榫能够与所述减振筒卡接。

8、进一步地，所述弹性减振件的外形为沿中轴线扭转的正六棱柱；所述弹性减振件的顶面和底面为大小相同的正六边形；所述顶面和底面的正六边形在水平面上的投影之间存在角度差θ。

9、进一步地，所述正六边形由六根端点两两连接的承力杆构成。

10、进一步地，所述弹性杆包括短弹性杆和长弹性杆；

11、进一步地，所述短弹性杆由任一所述顶面的承力杆的端点向其下方逆时针或顺时针延伸至所述底面的承力杆的第一个端点处；所述长弹性杆由任一所述顶面的承力杆的端点向其下方逆时针或顺时针延伸至所述底面的承力杆的第二个端点处。

12、进一步地，所述短弹性杆的两端分别与所述顶面的正六边形的下表面以及所述底面的正六边形的上表面相连；所述长弹性杆的两端分别与所述顶面的正六边形以及所述底面的正六边形的内侧面相连。

13、进一步地，所述弹性减振件通过选择性激光熔化技术制造，材料为ni-ti形状记忆合金粉末。

14、进一步地，在将所述弹性减振件装配到所述减振模块之前，对其进行高度预压缩处理。

15、进一步地，所述高度预压缩处理具体为：在高温下压缩所述弹性减振件，保持压缩状态冷却，定型之后卸载。

16、进一步地，所述高度预压缩处理中，温度范围为：30℃-80℃；所述弹性减振件的高度压缩范围为初始高度的5%-20%。

17、进一步地，在所述减振模块与所述活塞之间存在一个预紧力。

18、进一步地，所述预紧力的大小等于使所述减振模块进入准零刚度状态所需的力的大小。

19、本发明的减振器采用数值优化和仿生优化理念设计而成，在保证及提升设计性能的前提下实现了减振装置的轻量化和集成化。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、1）本发明提供的卫星动量轮减振器，由于弹性杆在弹性减振件受压时产生弯曲变形，能够使得顶面和底面之间的距离缩短，从而可以调节减振器的减振特性，进而使减振器具有优异的减振性能可调节的功能。减振性能可调节功能是指通过施加温度载荷或形变，可以改变减振模块的减振特性，从而人工调节其减振区间或减振效果。本发明的卫星动量轮减振器可以通过改变环境温度、对弹性减振件施加变形等方式，针对不同使用环境和设备，人工定制减振模块的减振特性，实现对卫星动量轮不同转速下产生的不同频率的振动的减振目的。

21、2）本发明中的弹性减振件的弹性杆的形状为空间曲线形状，其引入了弯曲阻尼结构，该弯曲阻尼结构具有非线性刚度，其压缩应力-应变曲线呈现先上升，后水平，再上升的趋势，具有较长的准零刚度段，赋予了本发明的卫星动量轮减振器良好的减振性能。

22、3）本发明中的减振模块采用ni-ti形状记忆合金制作而成，具有超弹性效应，由于镍钛形状记忆合金的超弹性效应，在变形量较小时结构形状会自动恢复，具体表现为结构的实际应变值高于对应的弹性极限应变量，在消除应力条件时，它能够还原为最初形态，这使得本发明提供的弹性减振件具有比一般金属更大的变形恢复能力。超弹性效应使结构在应对循环载荷和交变载荷时能够维持其力学性能，能有效延缓金属疲劳的发生，从而使得本发明的卫星动量轮减振器减振效果好，使用寿命长。

23、4）本发明的一种减振性能可调节的卫星动量轮减振器，相比常规的减振装置具有相对重量轻、减振频域宽、使用寿命长、减振效果好等特点，能够为各型遥感卫星提供高效的振动控制。

24、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。