发射主动段空间相机隔振技术研究

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1、第23卷第4期航天器工程V01．23No．42014年8月SPACECRAFTENGINEERING39发射主动段空间相机隔振技术研究段鹏飞雷文平(北京空间机电研究所，北京100094)摘要由光机和光电组件组成的空间相机对发射过程中力学环境的适应能力极为有限。为了提高空间相机发射主动段的适应能力，文章依据单自由度被动式隔振系统理论，针对相机的正弦振动和随机振动环境力学条件，设计了一种阻尼橡胶隔振器。计算分析和振动试验结果显示隔振器的减振效率接近50％，能够将随机振动过程中相机内部结构的加速度均方根值响应衰减至减振前的1／10，并最终保证在lOg。左右，达到了相机材料及结构

2、所容许的动力学条件要求，充分验证了隔振器的减振效果。文章针对相机的隔振技术应用及隔振设计方法，对于具有类似结构形式或布局形式的空间有效载荷的减振设计具有实用的参考价值。关键词发射主动段隔振；隔振器；隔振系统频率；隔振器阻尼中图分类号：V414；TBl23文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．04．007OntheVibrationIsolationforSpaceCameraDuringLaunchingDUANPengfeiLEIWenping(BeijingInstituteofSpaceMechanicsandElectr

3、icity，Beijing100094，China)Abstract：Asasystemofoptic—mechanicalandoptic—electronicalstructure，aspacecameraisverysensitivetothelaunchingvibrationperturbation．Anewisolatormainlyhavingfeatureofvibra—tionisolationandhighdampingisdevelopedintheassuranceofthelaunchofspacecamera．Boththeisolationf

4、requencyandtheequivalentdampingratioaredesignedwithanoptimalrangeofperturbationattenuation．Theexperimentalresultsofavibrationisolationsystemshowthatthesenewisolatorscaneffectivelysuppressbothlowerfrequencyresonancesandrandomvibrationinabroadfrequencyband．Thispaperisusefulasareferenceforot

5、herrelatedspacepayloadstructurevibrationattenuation．Keywords：vibrationisolationduringlaunch；isolator；isolationfrequency；isolatordamping1引言航天器在发射过程中会承受动力过载、振动、冲击和噪声等多种准静态和动态载荷，力学环境恶劣。从频谱分析来看，环境载荷包含几赫兹的低频结构振动，几百到上千赫兹的中高频随机振动和声激振动。这种力学环境对航天器的伤害是不容忽视，甚至是致命的。据美国国家航天局(NASA)对卫星发射失败原因的调查报告，45％的卫星

6、发射失败是发射阶段的结构振动或声激振动引起的[1]。作为光机和光电设备的空间相机，其内部构造一般是具有玻璃材料的光机组件以及具有电子电路的光电组件；复杂的空间相机内部还会有转轴、枢轴等机构组件以及电机、旋转变压器等机构控制组件。上述光机和光电组件以及机构和机构控制组件对力收稿日期：2013—09—05；修回日期：2014—06—25基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：段鹏飞，男，工程师，从事空间遥感相机光机设计，结构力学分析与环境试验工作。Email：dpfeil949@163．com。40航天器工程23卷学环境的适应能力有限。空间相机通常是实现航天探测任务的关键，因

7、此针对空间相机的发射过程的减振工作很有必要。根据目前的文献资料，航天器减振的研发和应用起始于20世纪90年代的美国，近30年的发展中，各种减振方案层出不穷，减振方法基本都采用隔振。在美国，隔振器已经成功应用在10余次保护发射航天器的任务中，并逐渐成为一项成熟的工程应用技术[2巧]。在我国，一些高校和研究所已经开展了针对航天器整体隔振的研究和试验[6]，而针对空间相机隔振的研究和试验还比较少口据]。本文从保证空间相机能承受发射过程的振动环境出发，依据隔振理论和相机振动环境条件，针对性地设计了一种阻尼橡胶隔振器。通过有限元计算及卫