[发明专利]一种用于动量轮的多摩擦接触面非线性吸振-耗能装置

说明书

本发明公开了一种用于动量轮的多摩擦接触面非线性吸振‑耗能装置，包括减振弹片、辅助支架、安装螺栓、拧紧螺栓、安装螺母和拧紧螺母。其中，减振弹片上设计有吸振质量，利用动力吸振原理，可实现振动能量由动量轮向减振弹片转移；减振弹片与动量轮轮辐之间形成水平非线性摩擦接触面，减振弹片与辅助支架之间形成竖直非线性摩擦接触面，通过多个摩擦接触面的干摩擦迟滞耗能作用，实现振动能量由动量轮向减振弹片转移过程中的高效耗散；通过对拧紧螺母的拧紧力矩大小的调整，可实现干摩擦迟滞耗能的最优化控制。本发明的吸振‑耗能装置具有结构简单、减振频带宽、减振效率高、载荷适应性强等优点，在振动控制领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于航天振动控制领域，具体涉及一种用于动量轮的多摩擦接触面非线性吸振-耗能装置。

背景技术

动量轮是控制航天器平台姿态和保持精度的关键机械部件，其工作原理是通过自身储存的角动量与航天器进行角动量交换，来实现稳定飞行。动量轮在轨运行时的振动直接影响航天器平台的指向精度、姿态稳定度和成像质量。随着我国对卫星等航天器平台的指向精度要求达0.01°甚至角秒级，姿态稳定度达到10^-3～10^-4(°/s)，甚至更高的5×10^-5～1×10^-4(°/s)量级等不断提升的性能指标要求，动量轮的振动对卫星平台高性能指标的影响愈发凸显，成为我国高精度、高性能卫星发展的瓶颈问题。为保障航天器平台的指向精度、姿态稳定度和成像质量，亟需对动量轮的振动进行控制。

非线性干摩擦吸振-耗能弹片是一种能够实现在一定频带内吸振的动力吸振器，其工作原理是将弹片的共振频率设计为与被减振物体的工作频率相同，弹片在工作状态处于共振状态，从而将被减振物体的振动能量吸收，并通过非线性干摩擦实现能量耗散。在工作过程中，局部摩擦接触面处存在接触-分离等接触行为，产生非线性局部约束刚度，且对于轻薄的弹片结构，高振动载荷大变形下还具有一定的几何非线性特征。根据非线性能量阱理论，非线性特征可实现对更宽频带内振动能量的有效转移，因此，非线性干摩擦吸振-耗能弹片被广泛应用于振动控制领域。

目前采用的干摩擦弹片为单摩擦接触面减振弹片，存在以下局限性：(1)摩擦接触面个数较少，干摩擦迟滞耗能的能力有限；(2)摩擦接触面往往与被减振物体的主要振动方向垂直，导致在实际工作过程中，减振弹片在沿摩擦接触面方向的相对运动量较小，干摩擦迟滞耗能的效果受限。

因此，有必要设计一种用于动量轮的多摩擦接触面非线性摩擦吸振-耗能装置，在现有干摩擦弹片的基础上设计吸振质量，利用动力吸振原理，提高减振效率；此外，通过多摩擦接触面设计，提高干摩擦迟滞耗能的能力上限；并且非线性摩擦接触面正交设计，无论动量轮沿何种方向振动，减振弹片在至少两个非线性摩擦接触面上会产生较大的相对运动，具有较好的干摩擦迟滞耗能效果。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于动量轮的多摩擦接触面非线性吸振-耗能装置，目的是实现动量轮振动能量的高效转移-耗散，进而降低其振动响应，以保障航天器平台的指向精度、姿态稳定度和成像质量。其中，能量转移是利用动力吸振原理，将动量轮的振动能量向减振弹片转移；而能量耗散是利用非线性能量阱理论，通过多个非线性摩擦接触面的干摩擦迟滞耗能，实现振动能量由动量轮向减振弹片转移过程中的高效耗散。