多功能星箭適配器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星被動(dòng)隔振技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種多功能星箭適配器。
【背景技術(shù)】
[0002]在火箭發(fā)射過程中，多種動(dòng)態(tài)載荷，如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力脈動(dòng)、渦輪栗等引起的低頻振動(dòng)、級(jí)間分離、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火和關(guān)機(jī)、火工品爆炸等，產(chǎn)生突發(fā)性的載荷沖擊，從而導(dǎo)致衛(wèi)星的電子器件、機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)損傷或破壞。與衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)環(huán)境相比，發(fā)射過程中的振動(dòng)環(huán)境更為惡劣，是造成衛(wèi)星失效的主要原因。
[0003]要解決這個(gè)問題，現(xiàn)行的一般做法是:(I)加強(qiáng)衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)，并對(duì)敏感部位采取局部隔振措施；(2)在原有適配器與火箭界面之間加入一套隔振系統(tǒng)，以減小衛(wèi)星整體在發(fā)射時(shí)所承受的環(huán)境載荷。但第一種做法會(huì)導(dǎo)致笨重的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加了衛(wèi)星的發(fā)射成本，降低了衛(wèi)星的有效載荷能力，并給衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來很大的難度;而第二種做法額外增加了隔振系統(tǒng)，不單會(huì)增加系統(tǒng)不必要的贅重，而且由于增加了隔振系統(tǒng)與適配器之間的二次連接，還會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。
[0004]此外，現(xiàn)有的星箭連接過渡段主要由金屬材料制備，存在結(jié)構(gòu)重量大的問題，該問題成為了制約航天類武器裝備發(fā)展的瓶頸。如何設(shè)計(jì)和制備出輕質(zhì)高強(qiáng)的適配器已成為亟待解決的緊迫問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種多功能星箭適配器，該發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中火箭發(fā)射過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊載荷易對(duì)衛(wèi)星造成的不良影響的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明提供一種多功能星箭適配器，包括:用于與衛(wèi)星相連接的上接口、用于與運(yùn)載火箭相連接的下接口、以及多根阻尼桿，阻尼桿的兩端分別與所述上接口和所述下接口相連接，能夠抵消火箭產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊載荷向衛(wèi)星傳遞;阻尼桿組成并聯(lián)拓?fù)錁?gòu)型。
[0007]進(jìn)一步地，阻尼桿包括活塞連接桿、復(fù)合材料管和金屬橡膠，活塞連接桿的第一端上設(shè)有金屬橡膠，并以預(yù)壓縮量容納于復(fù)合材料管的容納端內(nèi)，活塞連接桿的第二端伸出復(fù)合材料管外并與上接口相連接;復(fù)合材料管的另一端與下接口相連接。
[0008]進(jìn)一步地，容納端內(nèi)設(shè)有支撐板，金屬橡膠的一端抵接于支承板上。
[0009]進(jìn)一步地，活塞連接桿為T字型推桿。
[0010]進(jìn)一步地，活塞連接桿的一端設(shè)有圓柱狀金屬橡膠，并間隔設(shè)有環(huán)形金屬橡膠。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0012]本發(fā)明提供多功能星箭適配器，一方面能實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的承載，傳遞火箭提供的穩(wěn)態(tài)上升推力，另一方面還能起到隔振的作用，使實(shí)際通過適配器傳遞到衛(wèi)星的振動(dòng)和沖擊載荷小于火箭作用于適配器的振動(dòng)和沖擊載荷，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的保護(hù)。
[0013]本發(fā)明提供多功能星箭適配器，集承載和減振功能于一體，且質(zhì)量小，無需外部能源供應(yīng)，可靠性高，能有效地進(jìn)行衛(wèi)星整體隔振，降低對(duì)衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，適用于航天工程應(yīng)用。
[0014]具體請(qǐng)參考根據(jù)本發(fā)明的多功能星箭適配器提出的各種實(shí)施例的如下描述，將使得本發(fā)明的上述和其他方面顯而易見。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例多功能星箭適配器立體剖視示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例多功能星箭適配器主視示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例阻尼桿主視剖視示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例活塞連桿與金屬橡膠裝配立體示意圖；
[0019]圖5是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例金屬橡膠實(shí)物光學(xué)照片；
[0020]圖6是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例多功能星箭適配器的有限元模型示意圖；
[0021 ]圖7是阻尼桿隔振試驗(yàn)結(jié)果示意圖。
[0022]圖例說明:
[0023]100、上接口； 200、阻尼桿;210、安裝組件;220、活塞連接桿;230、金屬橡膠;240、復(fù)合材料管;241、支撐板;300、下接口。
【具體實(shí)施方式】
[0024]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0025]本發(fā)明提供的多功能星箭適配器在保證該適配器可靠性的前提下，盡可能地降低其質(zhì)量。使其在具有上述功能的前提下，在軌工作過程中，能有效減小火箭發(fā)射過程中所產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊載荷對(duì)衛(wèi)星的不良影響。
[0026]參見圖1?2，本發(fā)明提供的多功能星箭適配器，包括與衛(wèi)星連接的上接口100、阻尼桿200和與火箭連接的下接口 300。阻尼桿200的兩端分別通過安裝組件210與上接口 100的底面和下接口 300的頂面相連接。阻尼桿200的兩端分別連接與衛(wèi)星連接的上接口 100和下接口 300。連接上接口 100和下接口 300的多根阻尼桿200組成并聯(lián)拓?fù)錁?gòu)型，提供衛(wèi)星的支撐剛度，傳遞運(yùn)載火箭產(chǎn)生的推力，并衰減有害的振動(dòng)和沖擊載荷。
[0027]優(yōu)選的，參見圖3?4，阻尼桿200包括活塞連接桿220、復(fù)合材料管240和金屬橡膠230。活塞連接管的第一端容納于復(fù)合材料管240的容納端內(nèi)，第二端伸出復(fù)合材料管240夕卜。復(fù)合材料管240的容納端內(nèi)設(shè)有密封的支撐板241?；钊B接管的第一端上套設(shè)有金屬橡膠230，金屬橡膠230的端面抵接于支撐板241上?；钊B接管的第二端用于與上接口 100的底面相連接。復(fù)合材料管240的另一端與下接口 300相連接。阻尼桿200體積小，質(zhì)量輕，所能承受的剛度和阻尼性能可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使其能適應(yīng)在軌環(huán)境的使用需要。在實(shí)現(xiàn)隔振的同時(shí)，保證在軌使用的安全性，并降低了整個(gè)適配器的重量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的整星隔振，隔離或減小發(fā)射時(shí)火箭產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊載荷對(duì)衛(wèi)星的影響。
[0028]活塞連接桿220裝有金屬橡膠230的一端以一定預(yù)壓縮量封裝于容納端內(nèi)。在火箭引起的振動(dòng)載荷激勵(lì)下，活塞連接桿220在復(fù)合材料管240的容納端內(nèi)作往復(fù)振動(dòng)，反復(fù)壓縮其兩側(cè)的金屬橡膠230，使振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為金屬橡膠230的結(jié)構(gòu)內(nèi)能，達(dá)到衰減振動(dòng)的目標(biāo)。
[0029]優(yōu)選的，活塞連接桿220為T字型推桿。采用該構(gòu)型，能增大活塞連接桿220受力面積，提高對(duì)有害載荷的抵消作用。
[0030]優(yōu)選的，活塞連接桿220的一端設(shè)有圓柱狀金屬橡膠230，并間隔設(shè)有環(huán)形金屬橡膠230。通過按此設(shè)置金屬橡膠230，可以提高阻尼桿200對(duì)載荷的抵消。
[0031]本文中的下接口300是指火箭能通過該接口，本發(fā)明提供的適配器相連接的部件。該接口作為衛(wèi)星與適配器的連接界面，其尺寸參數(shù)由實(shí)際所需連接的衛(wèi)星的接口要求確定。與衛(wèi)星連接的上接口 100的定義與其類似，為通過該接口，本發(fā)明提供的適配器能與衛(wèi)星相連接的部件，可以為平臺(tái)等具有較大接觸面積的接口部件。作為適配器與運(yùn)載火箭的連接界面，下接口 300的尺寸參數(shù)由實(shí)際所需連接的火箭的接口要求確定。此處的安裝組件210，可以為螺釘螺母配合，也可以在使用螺釘螺母的同時(shí)增加固定塊。
[0032]優(yōu)選的，復(fù)合材料管240為市售碳纖維增強(qiáng)有機(jī)材料。該材料以碳纖維紗作為增強(qiáng)材料，以E-44環(huán)氧、E-51環(huán)氧、雙酚F型環(huán)氧三種基體樹脂的一種作為基體材料，采用纏繞工藝制成的。復(fù)合材料管240的剛度大，質(zhì)量輕，主要起承載的作用。
[0033]參見圖5，金屬橡膠230為市售。該材料記錄于《國(guó)防工業(yè)出版社》出版的，契戈達(dá)耶夫(俄)等著.李中郢等于2000年譯于北京的《金屬橡膠230構(gòu)件的設(shè)計(jì)》[M].中。金屬橡膠230中不含任何普通橡膠，其內(nèi)部是用金屬螺旋卷的各種鋪層，纏繞和壓制形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來模擬橡膠的大分子結(jié)構(gòu)。金屬螺旋卷之間的相互勾聯(lián)相當(dāng)于橡膠中分子鏈的作用，并且它具有橡膠般的彈性和大阻尼特性。金屬橡膠230材料具有阻尼大、吸收沖擊能、在真空中不揮發(fā)、不懼怕輻射環(huán)境、不懼高低溫作用、不易老化等特點(diǎn)。使其能適應(yīng)在軌工作的各類極端條件。
[0034]以下以具體實(shí)例和試驗(yàn)對(duì)本發(fā)明提供的適配器的隔振性能進(jìn)行證明:
[0035]建立多功能星箭適配器的有限元模型，如圖6所示。模型中復(fù)合材料管240的密度為1.6g/mm3，彈性模量為95.2Gpa，剪切模量為10.3Gpa。金屬橡膠230的密度為0.4g/mm3，阻尼系數(shù)為0.3。適配器配重200kg，采用6g加速度激勵(lì)，激勵(lì)范圍5Hz?300Hz。仿真結(jié)果表明多功能星箭適配器可以隔離頻率高于46Hz時(shí)的振動(dòng)激勵(lì)，當(dāng)振動(dòng)頻率為300Hz時(shí)，多功能星箭適配器對(duì)振動(dòng)的衰減達(dá)到70%以上。加工多功能星箭適配器阻尼桿200試驗(yàn)件，對(duì)其振動(dòng)衰減效果進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。圖7給出了在5kg配重，6g加速度激勵(lì)下，采用相對(duì)密度為0.25的金屬橡膠230時(shí)，從阻尼桿200—端輸入的振動(dòng)加速度經(jīng)過阻尼桿200后從另一端輸出的振動(dòng)加速度的相對(duì)變化曲線。由圖7可知，當(dāng)振動(dòng)頻率大于40Hz時(shí)，經(jīng)過阻尼桿200衰減后的振動(dòng)加速度的最大值小于2g，相比輸入減小了三分之二；當(dāng)振動(dòng)頻率大于10Hz時(shí)，經(jīng)過阻尼桿200衰減后的振動(dòng)加速度小于lg，相比輸入減小了83%;在200Hz處，經(jīng)過阻尼桿200衰減后的振動(dòng)加速度小于0.5g，衰減率大于90%。綜合以上分析可知，仿真和試驗(yàn)結(jié)果都證明了多功能星箭適配器對(duì)振動(dòng)激勵(lì)的衰減效果，具有減小火箭發(fā)射時(shí)衛(wèi)星振動(dòng)量級(jí)的功能。多功能星箭適配器多功能星箭適配器。
[0036]本發(fā)明集承載和減振功能于一體，且質(zhì)量小，無需外部能源供應(yīng)，可靠性高，降低了對(duì)衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，適用于航天工程應(yīng)用。
[0037]本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚本發(fā)明的范圍不限制于以上討論的示例，有可能對(duì)其進(jìn)行若干改變和修改，而不脫離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍。盡管己經(jīng)在附圖和說明書中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但這樣的說明和描述僅是說明或示意性的，而非限制性的。本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例。
[0038]通過對(duì)附圖，說明書和權(quán)利要求書的研究，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解和實(shí)現(xiàn)所公開的實(shí)施例的變形。在權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”不排除其他步驟或元素，而不定冠詞“一個(gè)”或“一種”不排除多個(gè)。在彼此不同的從屬權(quán)利要求中引用的某些措施的事實(shí)不意味著這些措施的組合不能被有利地使用。權(quán)利要求書中的任何參考標(biāo)記不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多功能星箭適配器，其特征在于，包括:用于與衛(wèi)星相連接的上接口、用于與火箭相連接的下接口以及多根阻尼桿，所述阻尼桿用于抵消火箭產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊載荷向衛(wèi)星傳遞，其兩端分別與所述上接口和所述下接口相連接； 所述阻尼桿組成并聯(lián)拓?fù)錁?gòu)型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能星箭適配器，其特征在于，所述阻尼桿包括活塞連接桿、復(fù)合材料管和金屬橡膠，所述活塞連接桿的第一端上設(shè)有所述金屬橡膠，并以預(yù)壓縮量容納于所述復(fù)合材料管的容納端內(nèi)，所述活塞連接桿的第二端伸出所述復(fù)合材料管外并與所述上接口相連接； 所述復(fù)合材料管的另一端與所述下接口相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能星箭適配器，其特征在于，所述容納端內(nèi)設(shè)有支撐板，所述金屬橡膠的一端抵接于所述支承板上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能星箭適配器，其特征在于，所述活塞連接桿為T字型推桿。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能星箭適配器，其特征在于，所述活塞連接桿的一端設(shè)有圓柱狀金屬橡膠，并間隔設(shè)有環(huán)形金屬橡膠。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多功能星箭適配器，包括用于與衛(wèi)星相連接的上接口、用于與運(yùn)載火箭相連接的下接口以及多根阻尼桿。所述星箭適配器安裝于衛(wèi)星與運(yùn)載火箭之間，既能傳遞火箭提供的推力，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載功能，又能起到隔振作用，即在發(fā)射過程中隔離或降低從火箭傳遞到衛(wèi)星上的各種振動(dòng)和沖擊載荷，從而有效改善衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的保護(hù)。本發(fā)明集承載和隔振功能于一體，且質(zhì)量輕，無需外界供能，適于航天工程應(yīng)用。
【IPC分類】B64G1/22
【公開號(hào)】CN105711856
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610227607
【發(fā)明人】李東旭, 魏展基, 尹昌平, 劉望, 黃奕勇
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)