某慣性平臺(tái)用阻尼減振器的設(shè)計(jì)

陳平 李詩成 王建月 陳風(fēng)波

摘?要：本文采用阻尼減振技術(shù)對慣性平臺(tái)進(jìn)行減振緩沖處理，根據(jù)其安裝空間和連接方式，選用高性能硅橡膠阻尼材料，設(shè)計(jì)了一種橡膠-金屬減振器結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證表明減振器具有良好的減振緩沖效果，有效改善了慣性平臺(tái)的載荷環(huán)境。

關(guān)鍵詞：慣性平臺(tái);動(dòng)載荷;阻尼;減振;緩沖

1 緒論

隨著對導(dǎo)彈制導(dǎo)精度要求的不斷提高，在惡劣的振動(dòng)和沖擊環(huán)境下，需要實(shí)施必要的減振措施以保證制導(dǎo)系統(tǒng)慣性平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)環(huán)境和穩(wěn)定性。以粘彈性阻尼材料為基礎(chǔ)的阻尼減振技術(shù)得到了長足的發(fā)展，為解決多共振峰振動(dòng)控制問題提供了一條經(jīng)濟(jì)而有效的途徑。某慣性平臺(tái)受空間和重量嚴(yán)格限制，在工作過程中承受非常惡劣的隨機(jī)振動(dòng)和沖擊動(dòng)態(tài)載荷，在一定寬頻范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)放大，導(dǎo)致其精度和可靠性難以保證。本文采用阻尼減振技術(shù)對其進(jìn)行減振緩沖處理，根據(jù)其安裝空間和連接方式，設(shè)計(jì)了一種橡膠-金屬減振器結(jié)構(gòu)形式，選用高性能硅橡膠阻尼材料，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明具有良好的減振緩沖效果，有效改善了慣性平臺(tái)的載荷環(huán)境。

2 減振器的主要技術(shù)要求和研制難點(diǎn)

根據(jù)平臺(tái)工作環(huán)境，在滿足安裝尺寸的前提下，慣性平臺(tái)在安裝減振器后需滿足如下技術(shù)要求：（1）慣性平臺(tái)在承受均方根加速度值為10.9g的振動(dòng)載荷條件下，減振后設(shè)備三個(gè)方向的諧振頻率30±3Hz，諧振點(diǎn)放大倍數(shù)不大于4，減振效率大于60%;（2）每套產(chǎn)品的任何兩向諧振頻率相差≤3Hz;（3）每套產(chǎn)品的四個(gè)減振器在相同方向上的諧振頻率相差不大于2Hz;（4）常溫下承受加速度峰值15g、持續(xù)時(shí)間為11ms的半正弦沖擊載荷，處理后設(shè)備的響應(yīng)放大倍數(shù)不大于2。

從上述技術(shù)指標(biāo)可以看出，對減振器的減振效率和諧振放大倍數(shù)要求苛刻，需要合理進(jìn)行減振器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，兼顧減振和緩沖要求，并且選用阻尼性能優(yōu)、耐溫度環(huán)境性能好的阻尼材料。

3 阻尼減振設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橡膠-金屬減振器結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，已廣泛應(yīng)用于我國多種航天產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示。每件減振器由1件限位襯套、1件支撐板和1件法蘭帽等金屬件與阻尼材料整體硫化成型而成。金屬法蘭帽和限位襯套起到限位和安裝連接的作用。

3.2 阻尼材料篩選

硅橡膠具有很好的耐溫度性，航天材料及工藝研究所ZN系列硅橡膠已大量應(yīng)用在型號(hào)減振器上，具有阻尼性能適中、溫度適應(yīng)性好、耐老化性能優(yōu)異的特點(diǎn)。

表1為三種牌號(hào)阻尼材料、性能及制備成減振器樣件后進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)測試結(jié)果。可以看出，只有ZN-41牌號(hào)的減振器的諧振頻率32.5Hz滿足27～33Hz的技術(shù)指標(biāo)要求。綜合考慮所有性能參數(shù)指標(biāo)，阻尼材料確定選取ZN-41。

4 減振器靜態(tài)壓縮試驗(yàn)

由于單個(gè)減振器進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)難度較大，為保證每套產(chǎn)品的四個(gè)減振器在相同方向上的諧振頻率相差不大于2Hz，對減振器進(jìn)行了靜態(tài)變形試驗(yàn)。減振器靜態(tài)變形曲線相近，則它們的剛度也相近，諧振頻率會(huì)比較一致。因此可以根據(jù)靜態(tài)變形量來控制減振器諧振頻率的一致性，從而保證平臺(tái)的角位移，達(dá)到平臺(tái)使用精度要求。減振器靜變形測試完后，按照靜變形值由小到大的順序進(jìn)行排序編號(hào)，相近的4個(gè)減振器組成一組，每套平臺(tái)的4個(gè)減振器變形值差別不大于0.05mm，為一套平臺(tái)使用。

5 減振器試驗(yàn)考核

根據(jù)減振器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料篩選結(jié)果，制備相應(yīng)減振器樣件，并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)、沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證。

5.1 正弦掃描振動(dòng)試驗(yàn)

為考核減振器固有諧振頻率和諧振點(diǎn)放大倍數(shù)的固有特性，進(jìn)行頻率范圍為10-2000Hz、加速度為3g的正弦掃描振動(dòng)試驗(yàn)。表2試驗(yàn)結(jié)果顯示，三個(gè)方向頻率約為30Hz，滿足27～33Hz的技術(shù)指標(biāo)要求，滿足三個(gè)方向并且比較一致，滿足任意兩個(gè)方向諧振頻率不超過3Hz的技術(shù)要求，表明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較合理。

5.2 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)

為考核減振器的減振效率，進(jìn)行了總均方跟加速度值為109g的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)。表2試驗(yàn)結(jié)果顯示，三個(gè)方向的減振效率均大于60%，表明減振器具有非常優(yōu)異的振動(dòng)能量衰減特性。

5.3 沖擊試驗(yàn)

按加速度為15g、持續(xù)時(shí)間為11ms的半正弦沖擊條件進(jìn)行試驗(yàn)，表2試驗(yàn)結(jié)果看出，經(jīng)阻尼減振處理后，三個(gè)方向的沖擊放大倍數(shù)均較小，滿足不大于2的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)要求，平臺(tái)的性能滿足使用要求。

6 結(jié)論

通過合理設(shè)計(jì)減振器結(jié)構(gòu)和選用阻尼材料，設(shè)計(jì)的橡膠-金屬減振器性能良好，具有近三向等頻率、諧振放大倍數(shù)低和寬頻內(nèi)減振效率高等特點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明減振效果達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)，減振器可以用于改善慣性平臺(tái)的動(dòng)態(tài)載荷環(huán)境，提高制導(dǎo)精度。

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