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          高强度减震器

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          航天用新型高强度减震器的研发使用

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          航天用新型高强度减震器的研发使用

          发布日期:2018-06-20 作者:新型隔振器研发厂家 点击:

          航天载荷在运送至预定轨道的过程中,振动环境相当恶劣,受到多种静态和动态载荷。使用减震技术,改善航天载荷的振动环境,可降低设计难度与风险、减少成本。

          航天载荷隔振一般通过两种途径实现:

          (1)替换原适配器为具有隔振性能的适配器。

          (2)在星箭之间安装隔振器。这类隔振器按是否包括有源控制可分为主动隔振器和被动隔振器。主动隔振器隔振效果显著,但在承载能力、功率、可靠性等方面存在着不足,未见针对发射阶段隔振的实际应用案例;被动隔振器结构形式简单可靠,开发周期短,成本低。国内外已有很多研究与成功应用的报道。国外被动隔振器的典型代表如美国CSA公司的SoftRideMultiFlex整星隔振器,已多次在实际发射中使用,取得了显著的隔振、缓冲效果。国内的如由张军等设计的整星隔振器,通过有限元分析与振动试验表明,该隔振器可有效地隔离卫星在宽频带上横向和纵向振动。


          经研究发现,上述提到的隔振器同时存在着以下的缺点:

          (1)隔振器支架水平部分的等厚度设计存在应力分布不均现象,安全系数有明显提高空间,由于发射振动环境带有随机性,这种提高对航天发射的高可靠性要求显得尤为必要。

          (2)隔振器阻尼耗能较小。美国CSA公司SoftRideUniFlex/MultiFlex整星隔振器阻尼较小。所以在发射振动环境的幅值高、频率范围宽的情况下,当激起共振时不能有效地抑制共振峰,即使没有发生失效,其安全裕度也较小。

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          1.新型隔振器简介

          根据航天领域应用的特殊性与发射阶段振动环境的特点,分析航天载荷隔振器设计需求,可归纳为:

          (1)发射阶段振动力学环境存在不确定性,为此,隔振器应具有高安全系数,航天机械结构一般要求安全系数4以上,愈高愈好;

          (2)发射阶段振动力学环境所含频率范围宽广,尤其在低频段模态分布密集,容易激起共振,隔振器应具有较高强度,以抑制共振;

          (3)在中高频段,有效降低加速度响应均方值,以达到良好的衰减震动的作用;

          (4)发动机点火、级间分离等事件伴随有冲击载荷,考虑到高可靠性要求,隔振器应设计冲击庇护机制??悸堑揭陨虾教煸睾筛粽衿魃杓埔?,所设计的新型隔振器。


          新型隔振器与前文提到的隔振器相比,主要具有以下特点:

          (1)隔振器金属支架的基础在于等强度理论的变厚度设计,安全系数明显提高;

          (2)新颖的梳状剪切型阻尼结构设计,隔振器等效阻尼比大幅提高;

          (3)硬弹簧特性冲击庇护设计。当隔振器受冲击压缩变形超过5mm时,冲击庇护槽开始发挥作用,变形愈大,阻尼材料的超弹性限位力愈显著,具有硬弹簧特性,既发挥了冲击庇护的功能,又避免了金属支架间的刚性碰撞(刚性碰撞可能使支架产生潜在裂纹甚至破坏;

          (4)无缝硫化设计。约束阻尼型隔振器或类似结构存在一个工艺方面所需解决的难点,即确保在反复的振动循环中,阻尼材料与金属支架保持牢固粘结。所设计新型隔振器由整体式模具在高温高压下压注阻尼材料硫化而成,消除了主要剪切耗能阻尼材料与金属支架梳状齿之间的接缝。同时,金属支架硫化表面喷砂处理。经此改进后的试验再没观察到阻尼材料剥离现象。


          等强度设计先针对隔振器的纵向(y向)载荷。横向(x或z向)载荷对隔振器的作用不仅仅与单个隔振器有关,还与整个隔振系统的布局形式有关,通常是先根据纵向载荷设计隔振器参数,再整体验证隔振系统横向特性(见隔振系统试验)。由隔振器支架尺寸比例知,纵向载荷对隔振器支架的主要作用是弯曲正应力,剪应力远小于正应力,可先依据正应力要求设计隔振器支架,然后校验剪应力强度要求。

          非等强度与等强度隔振器支架截面最大应力的区别,可以得出以下结论:

          (1)传统非等强度隔振器支架应力不均,材料强度没有充分挥发作用;

          (2)应用等强度设计方法的预测结果与有限元分析的结果比较一致,

          (3)应用等强度设计方法后,基本实现了应力均匀分布;

          (4)有限元分析表明,等强度设计方法的应用使隔振器支架应力峰值降低了28.9%,即安全系数在原有基础上提高了0.4倍。

          在设计具有高强度的隔振器时,应用阻尼比约为损耗因子一半的近似关系的会导致误差过大,因此损耗因子可用模态应变能方法方便地计算获得,当损耗因子较大时,传统的模态应变能方法方误差增大。,提高隔振器损耗因子有两个途径:提高材料损耗因子以及阻尼材料应变能比例。前者由阻尼材料参数决定,后者由选材及隔振器结构设计决定,所设计的新型隔振器在这两方面均做了改进。首先,在阻尼材料设计方面,自行配制并优选了以丁基为主的高强度材料,其50Hz下动态机械分析,在6℃~60℃范围内损耗因子高于0.5,30.5℃下达到峰值0.87,与隔振器工作温度范围20℃~40℃相当吻合,使阻尼材料耗能特性得到充分利用。

          然后,在隔振器阻尼结构设计方面,由简谐激励下阻尼材料每周期耗能公式知,阻尼耗能效果除了与材料参数有关外,还与阻尼材料的剪应变幅值及产生应变的材料体积有关。


          本文网址:http://www.chuukaku.com/news/394.html

          关键词:高强度减震器,新型隔振器,隔振器

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