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在卫星的寿命周期内,发射过程中的振动环境最为恶劣。恶劣的振动环境对卫星的设计和生存产生不良影响,一方面它是造成卫星发射失败的主要原因,另一方面它导致笨重的卫星结构设计。目前,卫星的结构设计主要就是针对其发射过程中的振动环境,通常采用增强卫星的结构强度,或对星上个别敏感元件单独隔振的方法来保证卫星的安全,但这都要增加卫星的结构质量,增加的质量不但对于在轨运行的卫星来说是多余的,而且增加了卫星的发射成本,同时降低了运载器发射其它载荷的能力。星箭连接适配器是运载器和卫星的连接界面,传统上为刚度大固有频率密集的结构,这使得它几乎传递了所有的来自运载器的伪静态和动态的发射载荷。采用整星隔振的方法,即利用隔振器来改造或替换现有的星箭连接适配器,可以有效地改善卫星在发射过程中的振动环境。本论文中采用具有冗余特性的八作动器被动隔振平台来实现整星隔振,重点研究八作动器隔振平台的分析和设计方法,并通过相关实验来验证平台的隔振性能。 为了模拟卫星发射过程中所承受的伪静态和动态载荷,进行整星隔振的初步分析,文中首先建立了卫星发射过程中火箭依靠重力转弯的质心轨道动力学方程,然后建立了沿该轨道飞行时火箭-隔振平台-卫星整体的纵向振动方程。对轨道方程和振动方程的仿真分析表明:在不改变星箭连接适配器刚度的情况下,通过增大其阻尼,可以有效地抑制传递到卫星的振动载荷;而用隔振器替换现有适配器,也就是降低卫星和火箭的连接刚度,可以进一步提高隔振效果。 文中重点研究了八作动器隔振平台的分析和设计方法。分别采用两参数作动器模型和三参数作动器模型,利用牛顿—欧拉法建立了八作动器隔振平台的动力学模型。在两参数作动器模型中,阻尼器与支撑弹簧并联;在三参数作动器模型中,阻尼器与表示流体体积有效刚度的弹簧串联后再与支撑弹簧并联。此外为了防止卫星和整流罩发生碰撞,提出了两种增强隔振平台转动刚度的方法,即流体刚度耦合方法和双平行连杆机构方法。分析结果表明:采用八作动器隔振平台不但可以有效地实现整星隔振,而且因其固有的作动器冗余特性,即使一个或两个作动器失效,仍然能够保证结构的稳定,避免发生灾难性的后果;采用三参数作动器搭建的平台可以进一步提高平台的隔振性能;两种增强隔振平台转动刚度的方法都可以有效地抑制平台的转动。 为了分析运载火箭动力学特性对隔振平台隔振效果的影响,以及用隔振平台替代现有适配器对整个运载火箭动力学特性的影响,文中对隔振平台与卫星、运载火箭整体的耦合作用进行了分析。分析结果表明:在起飞和一级分离时刻,用被动隔振平台替代现有适配器对运载系统动力学特性的影响不大,但在二级分离后时刻,这种替代对运载系统动力学特性的影响不能忽略,此时飞行控制系统的稳定性需进行检验。 文中还对影响隔振平台性能的其它因素进行了分析。首先考虑到实际的作动器具有转动惯量,建立了考虑作动器转动惯量的八作动器隔振平台模型,分析表明:作动器的质量和转动惯量在一定程度上降低了隔振效果,但当其与卫星的质量和转动惯量相比很小时,对隔振系统的固有频率和传递特性影响较小,在分析中可以忽略。然后建立了计及作动器分布质量的八作动器隔振平台模型,分析表明:由于隔振器自身局部共振的存在,传递率在高频部分出现了多个峰值,这将降低隔振平台的实际隔振效果。最后利用工程软件ADAMS对分析中采用的线性模型进行了检验。 目前工程上通常采用隔振器底部到顶部的振动传递率来评价隔振性能,这种评价标准是从被隔振体为刚体的单自由度隔振问题派生出来的,将其应用到类似于整星隔振的柔性体隔振系统是有局限性的。文中对柔性体隔振的评价标准问题进行了探讨,给出两种适合评价柔性体隔振系统性能的方法,即隔振器影响系数方法和功率流方法。其中隔振器影响系数方法更适合工程应用。分析表明:它的大小不仅与卫星上的观测点选取有关,而且与运载器的动力学特性相关。 最后进行了八作动器隔振平台的实验研究。通过实验验证了隔振平台的隔振性能、冗余特性以及双平行连杆机构对转动的约束作用,并指出整星隔振平台实际工程设计中需要解决的问题。