黏彈阻尼技術(shù)在航天器上的應(yīng)用與展望

張少輝 柴洪友 馬海全 錢志英

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部,北京 100094)

1 引言

航天器在發(fā)射階段及在軌階段承受的各種振動環(huán)境,會對高精度及高分辨率機(jī)電部件工作的可靠性造成較大影響,伴隨著我國對地遙感和空間觀測的持續(xù)發(fā)展,部分高精度有效載荷的穩(wěn)定性要求甚至達(dá)到亞微米級,而持續(xù)的結(jié)構(gòu)微振動將使成像系統(tǒng)難以完成測量,為了改善此類設(shè)備的載荷環(huán)境,有必要采取減振或隔振措施。黏彈阻尼技術(shù)以其可靠性高、成本低和系統(tǒng)簡單的特點(diǎn),在航天器減振和隔振上獲得了成功應(yīng)用。為了促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用,本文對黏彈阻尼技術(shù)在航天器上的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了評述,分析了制約黏彈阻尼在軌應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的原因,并針對性地提出發(fā)展建議,最后對該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

2 黏彈阻尼的應(yīng)用

黏彈阻尼技術(shù)集成了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料設(shè)計(jì)。黏彈性阻尼一般有兩種結(jié)構(gòu)形式:一種是自由阻尼,這是將黏彈阻尼材料直接粘貼或噴涂在需要減振的結(jié)構(gòu)基材表面,當(dāng)結(jié)構(gòu)振動時(shí),通過黏彈阻尼材料的彎曲、拉伸變形吸收能量,如圖1所示;另一種結(jié)構(gòu)形式是約束阻尼,是將黏彈阻尼材料粘合在結(jié)構(gòu)基材層與約束層之間,當(dāng)結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生彎曲變形時(shí),由于約束層的抑制作用,黏彈阻尼材料在兩層之間產(chǎn)生很大的剪切變形,從而產(chǎn)生很大的阻尼,如圖2所示。約束阻尼結(jié)構(gòu)比自由阻尼結(jié)構(gòu)具有更大的阻尼,在航天器上應(yīng)用的大多為約束阻尼結(jié)構(gòu)。

圖1 自由阻尼結(jié)構(gòu)Fig.1 Free dam ping structure

圖2 約束阻尼結(jié)構(gòu)Fig.2 Constrained damping structure

2.1 發(fā)射段應(yīng)用

2001年發(fā)射的由NASA研制的“微波異向探測器”(MAP)[1],在地面噪聲環(huán)境試驗(yàn)中,頂板推力器安裝位置的響應(yīng)超過了其組件級的鑒定條件,為此進(jìn)行了減振設(shè)計(jì),該頂板為六邊形蜂窩夾層結(jié)構(gòu),中心由承力筒支撐,外角點(diǎn)由撐桿支撐,如圖3所示。在頂板上安有4個(gè)相同的推力器,每個(gè)推力器通過小支架連接到大支架上,每個(gè)大支架安裝2個(gè)推力器,大小支架均為碳纖維復(fù)合材料,如圖4所示。在對頂板和推力器支架進(jìn)行阻尼處理時(shí),使用了約束阻尼結(jié)構(gòu),阻尼材料為3M 公司的ISD-242,約束層為碳纖維復(fù)合材料,阻尼處理的位置如圖4和圖5所示。另外,頂板邊緣用洛馬公司(Lockheed-Martin)生產(chǎn)的蜂窩夾層約束阻尼條(SM RD)進(jìn)行處理,該阻尼條使用了蜂窩夾層作為約束層,如圖6所示。經(jīng)過上述阻尼處理后,推力器安裝面的響應(yīng)降低到了驗(yàn)收級范圍內(nèi),滿足使用要求。

相似地,1995年發(fā)射的由加拿大研制的“雷達(dá)衛(wèi)星”(Radarsat)也應(yīng)用黏彈阻尼技術(shù),解決了噪聲環(huán)境試驗(yàn)中某設(shè)備安裝點(diǎn)響應(yīng)超過組件級鑒定條件的問題[2],其約束層為鋁板。上述解決響應(yīng)超限的問題在航天器設(shè)計(jì)中較為常見,其設(shè)計(jì)關(guān)鍵是阻尼處理區(qū)域的選擇,可以通過有限元分析與模態(tài)試驗(yàn)相結(jié)合的方法,確定阻尼層位置和厚度等參數(shù),從而可以避免有關(guān)設(shè)備重新進(jìn)行鑒定級試驗(yàn),節(jié)省了試驗(yàn)成本和進(jìn)度。

圖3 M AP 衛(wèi)星頂板結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 M AP top deck with thruster brackets

圖4 推力器支架及阻尼處理位置示意圖Fig.4 Thruster bracket and placement of damping treatment

圖5 頂板的阻尼處理示意圖Fig.5 Damping treatment applied to top and bottom surfaces of top deck

圖6 蜂窩夾層約束SMRD 阻尼條示意圖Fig.6 SMRD strips with constrained honeycomb layer

美國休斯公司曾在某儀器設(shè)備支架上對黏彈阻尼技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證[3],該設(shè)備支架如圖7所示,由蜂窩板和支撐桿組成,分別采用了兩種阻尼處理方法:第一種是在連接蜂窩板的角條處加一層牌號為Avery 1125 的黏彈阻尼材料,如圖8所示;另外一種是將支撐桿替換為約束阻尼桿,阻尼桿的設(shè)計(jì)方法是在整個(gè)長度方向上施加約束阻尼處理,內(nèi)部桿用來保證靜動載荷作用下的強(qiáng)度,而外部的約束層可提高其穩(wěn)定性,如圖9所示。振動試驗(yàn)結(jié)果表明:在角條處加阻尼后,對抑止橫向振動最有效,對縱向振動抑制的效果不明顯;使用阻尼桿后,對抑制各個(gè)方向的振動均有明顯效果。該實(shí)例表明,當(dāng)結(jié)構(gòu)有撐桿支撐時(shí),通過合理設(shè)計(jì)撐桿的剛度,并對其進(jìn)行阻尼化設(shè)計(jì),可在不降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度裕度的前提下,大幅降低結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng),另外,在結(jié)構(gòu)的連接環(huán)節(jié)引入黏彈阻尼,應(yīng)是阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)。

圖7 休斯公司某儀器設(shè)備支架Fig.7 Baseline IM UX shelf

圖8 角條約束阻尼處理示意圖Fig.8 Damped panel bracket

1993年發(fā)射的由法國研制的“阿里安空間教育業(yè)余無線電衛(wèi)星”(ARSENE)的太陽翼使用了一種阻尼隔振墊[4],由阻尼硅橡膠和預(yù)應(yīng)力金屬絲網(wǎng)復(fù)合而成,如圖10所示,起到了降低發(fā)射段太陽翼載荷和在軌熱應(yīng)力的作用。該隔振墊為金屬橡膠減振元件,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由金屬絲相互交錯(cuò)勾聯(lián)形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),相比傳統(tǒng)的純橡膠元件,它不僅具有很高的動靜態(tài)強(qiáng)度,而且在高真空、高低溫條件下也能正常工作,具有抗老化性高、耐腐蝕的特點(diǎn),在有精度、長壽命要求的場合,如衛(wèi)星動量輪隔振等,具有較好的應(yīng)用前景。

圖9 阻尼桿設(shè)計(jì)示意圖Fig.9 Damped strut

圖10 ARSENE 衛(wèi)星太陽翼基板隔振元件安裝示意圖Fig.10 Highly dam ped isolator for ARSENE solar panels

1990年發(fā)射的由日本研制的繆斯-A(M USESA)月球探測衛(wèi)星[5],又名飛天號(Hiten),在地面隨機(jī)振動試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),蓄電池安裝結(jié)構(gòu)板響應(yīng)過大,其位置如圖11所示,為了降低響應(yīng),在蓄電池安裝結(jié)構(gòu)板面增加了一層70μm 的聚酰亞胺膜(包含有30μm 的粘性硅膠),重量不超過1g ,采取上述措施后,隨機(jī)振動響應(yīng)峰值降低了24dB。聚酰亞胺膜的阻尼機(jī)理同約束阻尼結(jié)構(gòu)一樣,也是由內(nèi)部剪切變形耗能實(shí)現(xiàn)減振的效果,受振動幅度和接觸表面的壓力影響較小。

圖11 MUSES-A衛(wèi)星內(nèi)部示意圖Fig.11 Cross sectional view of M USES-A

1997年發(fā)射的由美國研制的“瞬變事件快速在軌記錄”(FO RTE)[6]衛(wèi)星上使用了一種阻尼桿,安裝于中板和底板之間,用于中板上儀器的減振,使其在地面力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)中的響應(yīng)降到鑒定級條件以下。阻尼桿由鋁合金材料和黏彈阻尼材料(3M 9473)組成,當(dāng)儀器板振動時(shí),利用黏彈阻尼材料的剪切變形耗散能量,如圖12所示。其設(shè)計(jì)特點(diǎn)是,該阻尼桿承受拉壓變形,桿的安裝位置是根據(jù)模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果來確定的,位于板的位移最大處,使黏彈阻尼材料振動時(shí)受到較大的剪切變形。

圖12 FORTE 衛(wèi)星的阻尼桿結(jié)構(gòu)形式Fig.12 Schematic of viscoelastic strut configuration of FORTE

美國CSA公司開發(fā)了一種整星隔振器[7-8],安裝于星箭分離位置,用于20Hz 以上的低頻振動隔離,主傳力路徑為“回”字形鈦結(jié)構(gòu),內(nèi)部進(jìn)行約束阻尼處理。UniFlex 隔振器只用于軸向振動隔離,MultiFlex 隔振器可以進(jìn)行橫向和軸向振動隔離,分別如圖13和圖14所示,它們在衛(wèi)星適配器上的安裝分別如圖15和圖16所示。1998年發(fā)射的后繼測地衛(wèi)星(GFO)的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:使用Uni-Flex 隔振器可降低50%的加速度響應(yīng)。該隔振器的特點(diǎn)是簡單、可靠性高、易于與現(xiàn)有星箭接口相匹配,其缺點(diǎn)是使用隔振器后,衛(wèi)星一階頻率會有所降低,設(shè)計(jì)時(shí)需注意滿足運(yùn)載火箭的基頻要求。

圖13 UniFlex 隔振器Fig.13 UniFlex Isolator

圖14 MultiFlex 隔振器Fig.14 MultiFlex Isolator

圖15 UniFlex 隔振器安裝Fig.15 Typical installation of UniFlex

圖16 MultiFlex 隔振器安裝Fig.16 Typical installation of MultiFlex

在國內(nèi),將黏彈阻尼技術(shù)應(yīng)用到了導(dǎo)彈隔沖擊結(jié)構(gòu)上[9],如圖17所示,其中,殼體為碳纖維復(fù)合材料,隔板和阻尼墊采用以硅橡膠為主配制的黏彈性阻尼材料,其余結(jié)構(gòu)為鋁合金,阻尼墊的安裝如圖18所示。試驗(yàn)結(jié)果表明:在緩沖器軸向,輸入的最大過載為18 000～30 000gn,經(jīng)過逐級衰減后,最后輸出過載在150gn以內(nèi),達(dá)到了保護(hù)火工品附近精密儀器的作用。該實(shí)例表明,黏彈阻尼材料在解決隔離爆炸沖擊問題上可以起到關(guān)鍵作用,其設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于改變結(jié)構(gòu)界面特性,進(jìn)行多次轉(zhuǎn)接,使得沖擊能量得以充分過濾和衰減。

圖17 隔沖擊結(jié)構(gòu)示意圖Fig.17 Chart of shock-isolation structure

圖18 緩沖器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.18 Chart of damper structure

文獻(xiàn)[10]對衛(wèi)星適配器進(jìn)行了約束阻尼處理的研究,該適配器為碳纖維蒙皮鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu),通過參數(shù)分析,比較了鋁約束層厚度、碳纖維約束層鋪層方向、黏彈阻尼材料粘貼位置對頻率響應(yīng)的影響,結(jié)果表明:隨著約束層厚度的增加,減振效果增加,衛(wèi)星適配器結(jié)構(gòu)剛度也有所增加;在利用碳纖維作為約束層時(shí),碳纖維的鋪層方向?qū)Y(jié)構(gòu)的剛度和減振效果都有影響;將原有衛(wèi)星適配器的加強(qiáng)層改作為約束層,減振效果更加明顯,但是結(jié)構(gòu)的剛度有所降低。該研究表明,對現(xiàn)有的衛(wèi)星適配器進(jìn)行約束阻尼改造,可以獲得較好的減振效果,但需要和剛度一起進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以達(dá)到系統(tǒng)動態(tài)特性最優(yōu)。

2.2 在軌段應(yīng)用

“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”(HS T)[11]在發(fā)射之初,由于柔性太陽翼進(jìn)出地影誘發(fā)的振動,導(dǎo)致觀測設(shè)備無法正常工作,2002年將柔性太陽翼更換為剛性太陽翼,并在太陽翼中心撐桿和HST 之間安裝了一種阻尼器,位于驅(qū)動機(jī)構(gòu)之外,該阻尼器可抑制太陽翼面內(nèi)1.2Hz 和面外1.6Hz 的彎曲振動,模態(tài)阻尼比為2.3%,最大可達(dá)3.9%,其結(jié)構(gòu)形式如圖19所示,主承力結(jié)構(gòu)為鈦合金,4個(gè)1/4 圓柱剪切瓦安裝于法蘭內(nèi)緣之上,剪切瓦為鈦合金剪切片與黏彈性阻尼材料的夾芯結(jié)構(gòu)。安裝阻尼器后,降低了太陽翼與HS T 之間的動態(tài)耦合,增加了指向控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性裕度。該實(shí)例表明,通過合理設(shè)計(jì)阻尼器的傳力路徑及阻尼層的位置,在較低的頻率范圍內(nèi),也可以同樣起到減振的效果。

圖19 阻尼器的結(jié)構(gòu)形式Fig.19 Damper structure

即將于2011年發(fā)射的由多國聯(lián)合研制的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWS T)工作時(shí),成像質(zhì)量對振動環(huán)境非常敏感,仿真分析表明,望遠(yuǎn)鏡基座的振動必須控制在0.04×10-3gn以內(nèi)[12],為此,在航天器平臺與光學(xué)有效載荷之間設(shè)計(jì)了隔振系統(tǒng),以隔離來自星體的擾動,該隔振系統(tǒng)由四根桿組成,如圖20所示,設(shè)計(jì)頻率為1.0Hz,阻尼比為0.04,內(nèi)管為碳纖維復(fù)合材料管,上面包覆黏彈阻尼材料,之上覆蓋主要由0°層組成的碳纖維約束層,并且在長度方向上,將約束層分段。測試結(jié)果表明:該隔振系統(tǒng)在0.984Hz 處的最大阻尼為0.05,滿足設(shè)計(jì)要求。與前述類似,T RW 空間電子集團(tuán)為保證星上精密光學(xué)部件的正常工作,在星體與光學(xué)有效載荷之間設(shè)計(jì)了隔振系統(tǒng)[13],該隔振系統(tǒng)主要有三根懸臂桿件組成,桿為復(fù)合材料管件,內(nèi)管材料為玻璃纖維,承受靜載,內(nèi)管外壁全包覆黏彈阻尼層,之上又分段覆蓋碳纖維約束層,以增強(qiáng)其阻尼,如圖21所示。上述設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是,分段約束阻尼桿設(shè)計(jì),分段的長度通過優(yōu)化確定,阻尼性能比整桿進(jìn)行阻尼處理要好,又能減輕重量,通過合理設(shè)計(jì)桿的安裝支座,使得桿處于懸臂狀態(tài),實(shí)現(xiàn)了在較低頻率下的隔振設(shè)計(jì)。

圖20 JWST 隔振系統(tǒng)Fig.20 Isolator system of JWS T

圖21 安裝前的阻尼桿件Fig.21 Backpack isolator struts before installation

為了降低“國際空間站”(ISS)的人員、風(fēng)扇、泵等擾動源引起的結(jié)構(gòu)振動對微重力環(huán)境造成的干擾,NASA在設(shè)備連接處設(shè)計(jì)了橡膠隔振墊(材料為BISCO HT-800)[14],如圖22所示,試驗(yàn)結(jié)果顯示,在0.125～350Hz 頻帶內(nèi),響應(yīng)在某些頻率可降低三個(gè)數(shù)量級。該橡膠隔振墊可以隔離外界寬頻帶的微小振動,剛度是該類型隔振墊設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù),由質(zhì)量比和隔振系數(shù)確定,而隔振墊的剛度由數(shù)個(gè)柱形橡膠隔振元件的剛度疊加而成。

圖22 “國際空間站”上應(yīng)用的隔振墊Fig.22 Passive isolators for use on the International Space Station

3 航天黏彈阻尼技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的分析和建議

從目前黏彈阻尼技術(shù)的應(yīng)用來看,制約黏彈阻尼技術(shù)應(yīng)用水平的原因及提出的建議如下:

改革開放以來，長期的技術(shù)引進(jìn)使我國目前經(jīng)濟(jì)增長放緩、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不協(xié)調(diào)，創(chuàng)新能力缺乏，因此，創(chuàng)新驅(qū)動成為區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的新動力?？萍紕?chuàng)新是創(chuàng)新驅(qū)動的主要內(nèi)容，十八大報(bào)告提出“科技創(chuàng)新是提高社會生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐，必須擺在國家發(fā)展全局的核心位置”。陜西省作為我國西部地區(qū)的中堅(jiān)力量，其教育、科研、科技投入較多，陜西省區(qū)域均衡發(fā)展對西部經(jīng)濟(jì)的整體提升具有較大意義[3]。

第一,對黏彈阻尼材料的性能了解不夠,對設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、方法認(rèn)識不足,缺乏設(shè)計(jì)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。

黏彈阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建立在分析基礎(chǔ)上的,建議采用基于有限元軟件建模的模態(tài)應(yīng)變能法(Modal Strain Energy Method,MSE)。它通過模態(tài)分析確定模態(tài)矢量,然后通過結(jié)構(gòu)損耗應(yīng)變能與總應(yīng)變能之比,來確定阻尼結(jié)構(gòu)的損耗因子[15-16],其優(yōu)點(diǎn)是避免大量的復(fù)特征值計(jì)算,只需計(jì)算實(shí)特征值,最重要的是,該法的計(jì)算結(jié)果可以直接用來指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[17-18]應(yīng)用基于有限元軟件ANSYS的模態(tài)應(yīng)變能法,研究了復(fù)合材料黏彈阻尼結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性,用迭代算法考慮了黏彈性材料特性的頻率依賴型,取得了較好的效果,計(jì)算流程如圖23所示,圖中,fr0是不含阻尼結(jié)構(gòu)的第r 階固有頻率,i是模態(tài)計(jì)算的次數(shù),fri為第i次計(jì)算得到的含阻尼結(jié)構(gòu)的第r 階固有頻率。綜上所述,模態(tài)應(yīng)變能法作為黏彈阻尼結(jié)構(gòu)建模與分析中最實(shí)用、最具有魯棒性的一種方法,應(yīng)該在航天器阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到推廣。

通過對大量黏彈阻尼應(yīng)用實(shí)例的總結(jié),對航天器結(jié)構(gòu)進(jìn)行阻尼化設(shè)計(jì)時(shí),一般可遵循如下流程:1)首先確定模態(tài)阻尼的目標(biāo)值;2)建立有限元模型;3)用模態(tài)應(yīng)變能法進(jìn)行分析,觀察目標(biāo)振型的應(yīng)變能分布,在應(yīng)變能百分比較大的位置引入阻尼;4)設(shè)計(jì)阻尼結(jié)構(gòu);5)計(jì)算結(jié)構(gòu)的模態(tài)阻尼,評估是否滿足要求;上述步驟根據(jù)需要可進(jìn)行迭代,如圖24所示。

第二,對黏彈阻尼材料的空間環(huán)境適應(yīng)性研究不足。

對在軌減振應(yīng)用來說,面臨的問題,首先是溫度因素,由于黏彈阻尼材料對溫度的敏感性,設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮空間溫度環(huán)境的變化,必要時(shí)還需使用熱控措施;其次是出氣問題,因?yàn)轲椬枘岵牧蠈儆诟叻肿硬牧?它在真空環(huán)境下的出氣可能會對光學(xué)表面造成污染,必要時(shí)可采取包覆的辦法來解決;最后是老化問題,由于在軌工作時(shí)間可達(dá)十幾年以上,設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮輻照和熱交變影響造成的阻尼材料性能降低。

圖23 模態(tài)損耗因子迭代計(jì)算流程Fig.23 Flow chart for solving modal loss factor

圖24 黏彈阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程Fig.24 Flow chart of viscoelastic damping st ructure design

綜上所述,建立溫度、高真空、輻照等因素對黏彈阻尼材料特性影響的工程數(shù)據(jù)庫是在軌減振應(yīng)用的必要條件。

第三,黏彈阻尼結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展。

在軌有效載荷系統(tǒng)的被動阻尼設(shè)計(jì)往往受到結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度、環(huán)境溫度、工作頻率等多個(gè)因素約束,設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足上述約束的條件下,達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)阻尼,因此必須發(fā)展實(shí)用的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。

第四,在軌減振應(yīng)用的地面試驗(yàn)驗(yàn)證和測試技術(shù)有待發(fā)展。

大型有效載荷往往需要在軌展開,具有展開剛度較低、負(fù)載大的特點(diǎn),因此在地面試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí),必須設(shè)計(jì)包括零重力補(bǔ)償裝置在內(nèi)的地面試驗(yàn)工裝,而阻尼測試受邊界條件影響較大,應(yīng)對地面試驗(yàn)工裝對阻尼測試結(jié)果的影響展開系統(tǒng)性研究。

4 展望與建議

隨著高精度地球觀測衛(wèi)星和大型展開結(jié)構(gòu)的發(fā)展,有效載荷對動力學(xué)環(huán)境的要求越來越高,在軌振動問題日益引起重視,黏彈阻尼技術(shù)作為一種成熟有效的技術(shù),正在煥發(fā)出新的生命力,理應(yīng)成為航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可忽視的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在未來的發(fā)展方向上,黏彈阻尼技術(shù)在以下幾個(gè)領(lǐng)域需要重點(diǎn)關(guān)注:

1)整星隔振技術(shù)。它在適配器結(jié)構(gòu)中融入隔振和阻尼減振功能,對于改善星上動力學(xué)環(huán)境、減輕衛(wèi)星結(jié)構(gòu)重量有重要的意義,國外已有成功應(yīng)用。發(fā)展質(zhì)量輕、效能高、可靠性高、系列化的整星隔振系統(tǒng),是將來整星隔振技術(shù)研究的重點(diǎn)。

2)共固化阻尼技術(shù)。此技術(shù)是針對復(fù)合材料的,將高阻尼材料制成薄膜,將其鋪入到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中,進(jìn)行共固化,可以大幅提高結(jié)構(gòu)的阻尼,而結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的下降保持在可接受范圍內(nèi),與傳統(tǒng)的復(fù)合材料相比,材料的阻尼因子可以增大一個(gè)數(shù)量級,這類高阻尼復(fù)合材料可以應(yīng)用于承力結(jié)構(gòu)件上,國外在這一領(lǐng)域已經(jīng)有成功的應(yīng)用。如何在制造工藝上保證共固化的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度的下降控制在可接受的范圍內(nèi),是此項(xiàng)技術(shù)值得深入研究的問題。

3)主被動聯(lián)合控制的仿真和試驗(yàn)技術(shù)。目前,振動控制技術(shù)正在向主被動聯(lián)合控制和自適應(yīng)智能阻尼結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展,被動阻尼對提高整個(gè)系統(tǒng)的魯棒性和控制的穩(wěn)定性仍起著重要的作用。輕質(zhì)高精度可展開結(jié)構(gòu),要求具有亞微米級的穩(wěn)定性,尺寸的增大和剛度的降低、重力對其微動力學(xué)特性的影響,將對試驗(yàn)驗(yàn)證提出新的要求,往往需要地面和在軌驗(yàn)證相結(jié)合。由于難以進(jìn)行全尺寸的試驗(yàn)驗(yàn)證,系統(tǒng)將更多地依賴分析驗(yàn)證,這就為多學(xué)科和集成化的系統(tǒng)建模提出了更高的要求。

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