一种微幅隔振器的阻尼力机理分析

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1、航天器环境工程第30卷第4期392SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2013年8月一种微幅隔振器的阻尼力机理分析鄢青青，杨建中(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要：文章对一种微幅隔振器的阻尼力机理进行了研究，给出了牛顿流体阻尼力理论计算公式，提出了有效直径的概念。利用Fluent软件对该种微幅隔振器进行了仿真，结果表明：阻尼力与等效活塞运动时间无关，且局部阻尼力相比于沿程阻尼力过小，可以忽略，修正并验证了阻尼力理论计算公式。通过阻尼腔的结构尺寸及修正系数

2、确定了有效直径的数值，可为微幅隔振器的设计提供理论指导。关键词：微幅隔振器；阻尼力；牛顿流体；有效直径中图分类号：V476．5：0328文献标志码：A文章编号：1673—1379(2013)04一0392—05DoI：10．3969值issn．1673—1379．2013．04．0100引言在轨运行期间平台的微振动对高精度遥感卫星的影响越来越突出，甚至导致高精度有效载荷难以正常工作⋯。微振动主要来自于动量轮、控制力矩陀螺、太阳电池阵驱动机构以及冷却装置等运动部件的工作，具有振幅微小、频带较宽等突出

3、特点。为满足高精度有效载荷的在轨力学环境要求，需要对卫星上的微振动源进行有效抑制。D．Stmt是一种典型的微幅隔振器，通过结构弹性变形改变阻尼腔的大小，驱使内部黏滞流体在阻尼孔中流动，从而产生阻尼力，达到抑制微振动的目的【二6

4、。该隔振器具有良好的适应性和减振效果，其优点是阻尼大、位移小、组合使用方便、温度敏感性较低、适用的动力学范围大，并且阻尼与刚度无关，可产生线性阻尼p母J；已经在国外多个航天器上成功应用，但文献[8—13]中并没有给出确切的阻尼力表达式，其阻尼力机理并不清楚。本文旨在分析该隔

5、振器阻尼力机理，以经典阻尼力公式为基础，对D—Strut的牛顿流体阻尼力进行了理论推导，给出了阻尼力理论计算公式，提出了有效直径的概念；利用仿真结果修正并验证了阻尼力理论计算公式，同时对有效直径的确定进行了计算与分析。1D．Strut工作原理及阻尼力推导D—Stmt微幅隔振器是由外管、内管与阻尼腔组成的双层管状结构，而其阻尼腔是由波纹管、阻尼孔和拱形柔性体等组成，如图l所示。当隔振器受到载荷作用时，将产生轴向变形并压缩(或扩张)拱形柔性体，驱使黏滞流体通过阻尼孔流入(或流出)波纹管，从而产生阻尼力

6、。隔振器的关键构件是拱形柔性体，其径向尺寸远大于阻尼孔直径，这样在外力作用下即使拱形柔性体有很小的轴向变形，也可以产生一个相对较大的体积变化，从而驱使黏滞流体通过阻尼孔往复流动，进而提供较大的阻尼力[12。3

7、。拱形柔性体的结构尺寸如图1fb)，其中d为阻尼孔直径，D2为拱形柔性体直管部分直径，D3为拱形柔性体直径，D4为波纹管直径。预紧弹簧的作用是保证波纹管内流体压力稳定。D．Strut微幅隔振器的工作原理可以等效为双出杆孔隙式黏滞流体隔振器的工作原理。图2为双出杆孔隙式黏滞流体隔振器，d和D分

8、别为阻尼孔和缸体直径，D，为活塞杆直径，，为阻尼孔长度，其牛顿流体阻尼力表达式为【14】F=掣K+絮笋(孝+螽+受)K2，(1)收稿日期：2013．04—02；修回日期：2013．07．16作者简介：鄢青青(1988一)，女，硕士学位，研究方向为航天器结构与机构；E．mail：yanqingqin988@163．com。杨建中男，研究员，主要从事空间机构技术研究。第4期鄢青青等：一种微幅隔振器的阻尼力机理分析393式中：∥为牛顿流体的动力黏度；p为流体密度；n为活塞运动速度；s为阻尼孔个数；备、臣

9、分别为进口局部阻力系数与射流收缩附加损失系数；乒l+万，其中6为由孔口收缩引起流体动能变化所导致的附加损失系数。一般认为当雷诺数RP<30时，流体黏附壁面，则有白+受=0．042；当比如·力>O．058时，乒2．28【15J。内苫{(b)局部结构訇1D．Stmt结构示意图Fig．1SchematicdiagramofD—Strut65432、[匹：：：)1．活塞杆：2．密封导向套；3．流体阻尼介质；4．阻尼孔；5．活塞：6．缸体图2双出杆孔隙式黏滞流体隔振器结构示意图Fig．2Schematicd

10、ia伊amofdoublemdb，peporeviscousdamper由图1(b)可知，对于D—Stmt有s=1，Dl-0，且D3≠D4，但可以用一个等效阻尼腔来代替，则D—S仇lt牛顿流体阻尼力可由式(1)推导为F却五=学矿+等(眦+受)n(2)式中：D0为有效直径，是指在保证阻尼力不变的前提下，将实际结构中D3≠D4的阻尼腔等效为一个理想的D3胡4_Do的阻尼腔，以此来有效地表达阻尼力，因此将理想阻尼腔内的Do称之为有效直径，在实际结构中其值介于D3与功之间；JFll为隔振器