基于磁流變阻尼器的整星半主動(dòng)隔振技術(shù)研究.pdf

1、在衛(wèi)星的整個(gè)壽命周期內(nèi)，發(fā)射階段是最易受到損壞的階段。在發(fā)射階段，衛(wèi)星將受到運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的準(zhǔn)靜態(tài)推力、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的隨機(jī)振動(dòng)、整流罩受到的氣動(dòng)激勵(lì)以及各級(jí)火箭分離時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)沖擊等。由于傳統(tǒng)的星箭連接采用錐殼適配器，其剛度很大，幾乎能夠傳遞所有來自于運(yùn)載火箭的載荷，這些載荷對(duì)衛(wèi)星安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為降低衛(wèi)星受到的來自于運(yùn)載火箭的各種振動(dòng)和沖擊載荷，采用整星隔振是近年來新興起的衛(wèi)星隔振措施。
　　本文針對(duì)柔性衛(wèi)星整體隔振，提

2、出一種采用磁流變阻尼技術(shù)的新型半主動(dòng)隔振平臺(tái)。新型整星隔振平臺(tái)以特殊形狀桿件作為彈性元件，桿件與上下平臺(tái)之間采用固接方式。為防止整星隔振系統(tǒng)的橫向搖晃頻率過低，提出一種套筒式防搖結(jié)構(gòu)。建立新型整星隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，并利用模態(tài)截?cái)喾ê?jiǎn)化模型。采用遺傳算法對(duì)整星隔振平臺(tái)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　建立常規(guī)剪切閥式磁流變阻尼器的集中參數(shù)模型，分析常規(guī)剪切閥式磁流變阻尼器在高頻振動(dòng)時(shí)的硬化原理，并對(duì)高頻硬化對(duì)隔振的影響進(jìn)行理論分析。

3、針對(duì)常規(guī)剪切閥式磁流變阻尼器高頻動(dòng)剛度很大，對(duì)高頻隔振不利的情況，提出一種可應(yīng)用于整星隔振平臺(tái)的新型磁流變阻尼器——高頻解耦型磁流變阻尼器。建立高頻解耦型磁流變阻尼器的集中參數(shù)模型，分析該阻尼器的高頻動(dòng)態(tài)特性及低頻耗能損失。根據(jù)具體隔振要求，設(shè)計(jì)高頻解耦型磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)。采用有限元方法進(jìn)行磁飽和分析，確定磁流變阻尼器的最大出力和最大控制電流。在分析現(xiàn)有各種磁流變阻尼器力學(xué)模型的前提下，在雙Sigmoid模型基礎(chǔ)上建立高頻解耦型

4、磁流變阻尼器的阻尼力模型。設(shè)計(jì)并制造高頻解耦型磁流變阻尼器，對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試與分析，并與常規(guī)磁流變阻尼器的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，同時(shí)驗(yàn)證所建立的阻尼力模型的準(zhǔn)確性。
　　在分析振動(dòng)傳遞率、隔振器振級(jí)落差和功率流等指標(biāo)的前提下，提出加權(quán)隔振器影響系數(shù)指標(biāo)，以此做為整星隔振系統(tǒng)的效果評(píng)價(jià)指標(biāo)。以新型整星隔振系統(tǒng)為例，推導(dǎo)出利用位移阻抗表示的加權(quán)隔振器影響系數(shù)表達(dá)式。通過計(jì)算加權(quán)隔振器影響系數(shù)指標(biāo)，對(duì)新型整星隔振系統(tǒng)進(jìn)行效果預(yù)測(cè)。采用加權(quán)隔振器

5、影響系數(shù)對(duì)柔性體進(jìn)行隔振效果評(píng)價(jià)，不但表達(dá)直觀，而且可實(shí)現(xiàn)理論分析及實(shí)測(cè)的統(tǒng)一。
　　建立衛(wèi)星-錐殼適配器系統(tǒng)和衛(wèi)星-隔振平臺(tái)系統(tǒng)的有限元模型，分析整星隔振系統(tǒng)在基礎(chǔ)隨機(jī)激勵(lì)下的被動(dòng)隔振效果，證明新型隔振平臺(tái)的被動(dòng)隔振效果良好。建立星箭整體的有限元模型，分析星箭耦合情況。采用對(duì)比從發(fā)動(dòng)機(jī)到衛(wèi)星上關(guān)鍵點(diǎn)的傳遞函數(shù)來分析運(yùn)載火箭的剛度對(duì)整星隔振效果的影響；通過計(jì)算運(yùn)載火箭的振型相關(guān)系數(shù)來分析加入新型隔振平臺(tái)后對(duì)運(yùn)載火箭動(dòng)態(tài)特性的影響。

6、
　　為了對(duì)新型整星隔振系統(tǒng)進(jìn)行半主動(dòng)隔振控制，采用一種融合了模糊邏輯控制和最優(yōu)控制的模糊最優(yōu)控制方法。建立整星隔振系統(tǒng)狀態(tài)方程，利用Simulink和MATLAB聯(lián)合仿真來分析新型整星隔振系統(tǒng)采用限幅最優(yōu)控制和模糊最優(yōu)控制時(shí)的控制效果，同時(shí)比較采用半主動(dòng)隔振控制與采用錐殼適配器時(shí)的隔振效果。
　　設(shè)計(jì)并制造新型整星隔振平臺(tái)、錐殼適配器和模擬衛(wèi)星，搭建整星隔振系統(tǒng)，進(jìn)行整星被動(dòng)隔振試驗(yàn)及半主動(dòng)隔振控制的硬件在環(huán)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果