空间机械制冷机微振动研究

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1、第34卷第6期航天返回与遥感2013年12月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING51空间机械制冷机微振动研究白绍竣唐绍凡聂云松徐圣亚（北京空间机电研究所，北京100094）摘要机械制冷机广泛应用于空间红外遥感器中，由于其中存在运动部件，因此工作过程中不可避免地会产生振动，是卫星在轨状态下影响光学遥感器成像品质的重要振动源之一。文章对空间机械制冷机的微振动问题进行了研究，建立了线性驱动对称布置压缩机以及斯特林膨胀机的力学简化模型；分析了2个对置活塞的质量、阻尼、刚度偏差与压缩机整体的振动输出之间的

2、关系，仿真分析结果表明，压缩机整体的振动输出对阻尼的偏差最为敏感；对3种常用制冷机微振动测量方法进行了介绍，对比了3种方法的优缺点，指出扰振力的测试方法对于空间遥感器领域较为适用。关键词制冷机微振动微振动测量力学模型中图分类号:TB651文献标志码:A文章编号:1009-8518(2013)06-0051-06DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2013.06.007InvestigationofMicro-vibrationofSpaceCryocoolersBAIShaojunTANGShaofa

3、nNIEYunsongXUShengya(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100094,China)AbstractThemechanicalcryocooleriswidelyusedinspaceremotesensingengineering.Duetothepresentofmovingparts,vibrationoutputisusualaccompaniment.Itisoneofthemostimportantvibrationsour

4、cesthathaveimpactontheimagequalityofremotesensors.Therefore,thispaperinvestigatesthemi-cro-vibrationofcryocoolers.Thesimplifieddynamicalmodelsofdual-pistollinearcompressorandexpanderareestablished.Thetheoreticalrelationshipsbetweenthemass,damp,stiffnessdeviationso

5、fdual-pistolandvibrationoutputarederived,respectively.Thesimulationshowsthatthevibrationoutputismoresensitivetodampdeviationthanothertwo.Inaddition,threemicro-vibrationmeasurementtechniquesapplicabletocryo-coolersarereviewed.Theadvantagesanddisadvantagesofeachtech

6、niqueareanalyzed.Itindicatesthatthevibrationoutputforcemeasurementtechniqueismoresuitableforthespaceremotesensors.Keywordscryocooler;microvibration;micro-vibrationmeasurement;dynamicmodel1引言随着空间遥感任务对精度要求的提高，卫星上的有效载荷对振动环境也提出了更高要求，特别是一[1][2][3]些高分辨率对地观测遥感器或太空望远镜、基于干

7、涉原理的测量仪器、引力波探测仪器、激光通信[4]和高精度指向机构，对振动环境都有非常严格的要求。由于机械制冷机中具有活动部件，工作过程中不可避免地产生振动输出，这是光学遥感载荷在轨工作状态下的重要振动源。对于制冷机的振动问题，收稿日期：2013-07-1652航天返回与遥感2013年第34卷国内外学者已经进行了一些研究：文献[5]通过实验和仿真的方法对线性驱动压缩机的振动问题进行了研究；文献[6]对脉冲管制冷机冷头处的振动进行测试，并为探测器设计了一套3级的减振系统；文献[7]针对制冷机的微振动测量问题开发了一套专用的光学

8、测量系统，分别对G-M（Gifford-McMahon）制冷机和脉冲管制冷机的振动进行了测量。在国内，文献[8]对脉冲管制冷机的振动机制进行了分析；文献[9]采用自适应滤波的主动控制方法对斯特林制冷机的振动进行抑制，取得了较好的效果；文献[10]对斯特林制冷机冷指与探测器之间的耦合技术进行了介绍，为估计