支承舱减振性能分析.pdf

第１２卷第３期２０１４年９月 动力 学 与控 制 学报 Ｖｏｌ．１２Ｎｏ．３ １６７２６５５３／２０１４／１２ ／２３５４ Ｓｅｐ．２０１４ ⑶ ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＤＹＮＡＭＩＣＳＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬ 支承舱减振性能分析  沈林 　秦川　胡迪科　柳征勇 （上海宇航系统工程研究所，上海　２０１１０９） 摘要　支承舱是运载火箭与航天器之间的重要连接结构，支承舱的振动特性是力学环境设计需要考虑的因 素之一．本文从振动环境控制的角度进行支承舱结构动力学分析，阐述了一种基于支承舱振动特性研究的 改善航天器力学环境的方法．在有限元建模过程中，引入了材料级性能试验．计算并比较了不同材料支承舱 结构对航天器振动环境的作用，比较了连接面形式对振动环境的影响．基于分析结果给出了进一步研究的 建议． 关键词　振动环境，　振动控制，　支承舱，　振动测试 ＤＯＩ：　１０．６０５２／１６７２６５５３２０１４０５３ 引言 １　动力学建模 运载火箭主动段飞行过程中，航天器在整流罩 １．１　支承舱结构 内要经历复杂和严酷的振动力学环境作用，为保证 典型的运载火箭与航天器连接方式如图１所 飞行可靠性，航天器均要进行地面试验以考核其对 示，图中支承舱（ＰＳＢ，ｐａｙｌｏａｄｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂａｙ）结构 力学环境的适应性．随着火箭飞行任务的不断增加 上端连接适配器（Ａｄａｐｔｅｒ），适配器上端与卫星结 以及卫星形式的多样化，火箭需要适应不同卫星平 构连接，整个星箭（ＳＣ／ＬＶ，ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ＆ｌａｕｎｃｈｖｅｈｉ 台、结构布局、有效载荷和重量的变化，更需要为航 ｃｌｅ）连接结构均在整流罩（ＰＬＦ，ｐａｙｌｏａｄｆａｉｒｉｎｇ）空 天器改善主动段力学环境、提供更为准确、合理的 间内． 环境条件，以适应星上精密仪器的要求，减少卫星 不必要的设计和试验环节，有利于节约研制经费， 缩短研制周期、降低整星的质量、提高卫星的寿命． 国内一般对于星箭界面振动环境的匹配主要通过 加强卫星的结构，或者增加整星隔振装置来实现改 善主动段飞行振动环境，两种途径均会带来重量的 损失，造成飞行器研制成本增加，降低了载荷比，不 利于运载火箭的市场竞争力［２－７，９－１０］． 图１　整流罩内星箭布局和支承舱结构示意图 运载火箭支承舱是航天器与火箭之间的重要 Ｆｉｇ．１　ＳＣ／ＬＶａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｉｎｆａｉｒｉｎｇ＆ＰＳＢｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 连接结构，支承舱的振动特性是星箭力学环境设计 的主要因素之一．本文阐述了一种基于支承舱振动 支承舱结构一般为锥形薄壁结构，下端接口与 特性研究的改善航天器力学环境的方法，通过动力 火箭末级匹配，承受从结构传递而来的振动激励， 学建模、材料级性能试验、支承舱结构材料对比、支 振动环境通过上端与适配器结构的匹配传递给卫 承舱结构连接形式改进等方面研究了对振动环境 星．所以，支承舱结构的振动特性对星箭力学环境 的改善作用，提出了进一步的研究方向． 有着重要的影响． ２０１４０６２０收到第１稿，２０１４０７１６收到修改稿． 通讯作者 Ｅｍａｉｌ：ｓａｌｅｎ＿２０＠１２６．ｃｏｍ ２３６ 动　力　学　与　控　制　学　报