一种双框架控制力矩陀螺三点式复合隔振器及评估方法

本技术涉及航天器姿态控制执行机构隔振，特别涉及一种双框架控制力矩陀螺三点式复合隔振器。

背景技术：

1、双框架控制力矩陀螺是一种用于航天器姿态控制的惯性执行机构，通常包括高速转子、高速框架和低速框架。高速转子设置在高速框架内，低速框架作为双框架控制力矩陀螺的外侧转动支承和安装结构，低速框架能够绕其转动轴线相对安装结构转动。

2、在轨工作阶段，双框架控制力矩陀螺内部的高速转子转动、支承部件运动、驱动转矩脉动及结构装配误差等因素，易引发周期性扰动和宽频微振动。该振动经安装界面传递至卫星平台后，将影响高分辨率相机、星敏感器、惯性测量装置等高精度载荷的工作性能。因此，需采用隔振器对双框架控制力矩陀螺进行微振动隔离，以保障星上载荷的正常工作。

3、而在发射与运输阶段，双框架控制力矩陀螺隔振器还需承受冲击、随机振动、大加速度等严苛力学载荷。若隔振刚度不足、阻尼耗能能力不够或相对位移过大，则可能出现连接松动、局部碰撞或结构损伤，难以满足该阶段的力学性能要求。

4、现有隔振结构通常采用多个支承点对设备进行支撑，或者采用多个倾斜设置的隔振支承支路共同承载。但是上述隔振结构主要依据安装基板、安装平台或外部结构的几何中心进行布置，未充分考虑双框架控制力矩陀螺低速框架的转动结构特征，难以使隔振结构的传力方向与控制力矩陀螺的结构特征相匹配。

5、此外，现有隔振模块多采用弹簧元件和阻尼元件的组合结构，但对双框架控制力矩陀螺在轨微振动隔离需求与发射、运输阶段抗力学环境需求的协同考虑不足。特别是，如何使弹簧元件和阻尼元件在三点支承构型中形成并联受力路径，并使隔振模块轴线与低速框架转动轴线建立预定几何关系，仍有进一步改进空间。

技术实现思路

1、本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。本技术提供一种双框架控制力矩陀螺三点式复合隔振器及评估方法，能够以低速框架转动轴线建立确定的空间几何关系，并兼顾在轨阶段优异的微振动隔振性能与发射/运输阶段优异的抗力学环境能力。

2、根据本技术第一方面实施例的双框架控制力矩陀螺三点式复合隔振器，双框架控制力矩陀螺具有低速框架，低速框架具有转动轴线，包括：

3、安装基板；

4、第一支座和第一隔振模块，所述第一支座倾斜设置，所述第一隔振模块的一端通过所述第一支座设置在所述安装基板上；

5、第二支座和第二隔振模块，所述第二支座倾斜设置，所述第二隔振模块的一端通过所述第二支座设置在所述安装基板上；

6、第三支座和第三隔振模块，所述第三隔振模块的一端通过所述第三支座设置在所述安装基板上；

7、其中，所述第一隔振模块和所述第二隔振模块对称设置在低速框架的两侧，所述第一隔振模块的另一端用于与低速框架的第一肩部连接，所述第二隔振模块的另一端用于与低速框架的第二肩部连接，所述第三隔振模块的另一端用于与低速框架的底部连接，所述第一隔振模块的第一轴线与所述第二隔振模块的第二轴线相交于第一交点，所述第一交点位于低速框架的转动轴线上，所述第三隔振模块的第三轴线与低速框架的转动轴线相交于第二交点，所述第一交点与所述第二交点重合或沿转动轴线间隔设置；

8、所述第一隔振模块、第二隔振模块和第三隔振模块具有相同或不同的等效刚度，所述等效刚度根据双框架控制力矩陀螺的质量、质心位置、低速框架转动轴线位置、安装空间、工作频率或目标隔振频率中的至少一种进行匹配设置，所述双框架控制力矩陀螺三点式复合隔振器和双框架控制力矩陀螺共同构成隔振系统，所述隔振系统的一阶固有频率为3hz~15hz。

9、根据本技术实施例的双框架控制力矩陀螺三点式复合隔振器，至少具有如下有益效果：

10、本技术的双框架控制力矩陀螺三点式复合隔振器包括第一隔振模块、第二隔振模块和第三隔振模块；第一隔振模块和第二隔振模块对称设置于低速框架两侧的肩部，第三隔振模块设置于低速框架底部。第一隔振模块和第二隔振模块分别具有第一轴线和第二轴线，二者相交于位于低速框架转动轴线上的第一交点；第三隔振模块具有第三轴线，第三轴线与低速框架转动轴线相交于第二交点，第一交点与第二交点重合或沿转动轴线间隔设置，能够使三个隔振模块的主要传力方向与低速框架的转动结构建立确定的空间几何关系。

11、根据本技术的一些实施例，所述第三支座竖向设置；或所述第三支座倾斜设置。

12、根据本技术的一些实施例，所述第一隔振模块包括第一弹性组件、第一阻尼机构和第一转接件，所述第一转接件设有并联设置的第一容纳腔和第一安装基座，所述第一容纳腔沿所述第一轴线延伸设置，所述第一弹性组件设置在所述第一容纳腔中，所述第一弹性组件的一端与所述第一容纳腔的底部连接，另一端与所述第一支座连接，所述第一阻尼机构设置在所述第一安装基座中；

13、所述第一隔振模块与所述第二隔振模块结构相同。

14、根据本技术的一些实施例，所述第一隔振模块还包括第一导向构件，所述第一安装基座设有沿所述第一轴线延伸设置的第一穿孔，所述第一导向构件穿过所述第一穿孔。

15、根据本技术的一些实施例，第一隔振模块还包括第一连接组件和第二连接组件，所述第一连接组件设置在所述第一转接件上且其轴线与所述第一弹性组件的轴线重合，所述第一连接组件用于连接低速框架肩部；所述第一导向构件设有沿其轴线延伸的第二穿孔，所述第二连接组件穿过所述第二穿孔并与所述第一支座连接。

16、根据本技术的一些实施例，所述第三隔振模块包括第二弹性组件、第二阻尼机构和第二转接件，所述第二转接件设有第二容纳腔，所述第二容纳腔沿所述第三轴线延伸设置，所述第二弹性组件设置在所述第二容纳腔中，所述第二弹性组件的一端与所述第二容纳腔的底部连接，另一端与所述第三支座连接；

17、所述第二阻尼机构包括至少两个阻尼组件，所述第二弹性组件的相对两侧分别设有至少一个所述阻尼组件。

18、根据本技术的一些实施例，所述第二阻尼机构包括第二阻尼组件和第三阻尼组件，所述第二转接件还设有第二安装基座和第三安装基座，所述第二容纳腔、第二安装基座和第三安装基座相互并联设置，所述第二安装基座和所述第三安装基座对称设置在所述第二容纳腔的两侧，所述第二阻尼组件设置在所述第二安装基座中，所述第三阻尼组件设置在所述第三安装基座中。

19、根据本技术的一些实施例，所述第三隔振模块还包括第二导向构件和第三导向构件，所述第二安装基座设有沿所述第三轴线延伸设置的第三穿孔，所述第三安装基座设有沿所述第三轴线延伸的第四穿孔，所述第二导向构件穿过所述第三穿孔，所述第三导向构件穿过所述第四穿孔。

20、根据本技术的一些实施例，所述第三隔振模块还包括第三连接组件、第四连接组件和第五连接组件，所述第三连接组件设置在所述第二转接件上且其轴线与所述第二弹性组件的轴线重合，所述第三连接组件用于连接低速框架底部；所述第二导向构件设有沿其轴线延伸的第五穿孔，所述第四连接组件穿过所述第五穿孔并与所述第三支座连接，所述第三导向构件设有沿其轴线延伸的第六穿孔，所述第五连接组件穿过所述第六穿孔并与所述第三支座连接。

21、根据本技术第二方面实施例的评估方法，应用于上述实施例所述的双框架控制力矩陀螺三点式复合隔振器，所述评估方法包括：

22、在轨微振动隔振性能评估阶段，将安装有双框架控制力矩陀螺三点式复合隔振器和双框架控制力矩陀螺的试验件固定于六分量测力台上，采用力锤对试验件施加冲击激励，同步采集力锤的输入力信号和六分量测力台的传递力信号；

23、根据输入力信号和传递力信号分别获得输入力和传递力在不同频率下的幅值，并根据输入力和传递力的幅值计算不同频率下的力传递率，以建立力传递率随频率变化的曲线；

24、根据力传递率随频率变化的曲线中的首个共振峰值对应的频率，确定双框架控制力矩陀螺三点式复合隔振器的一阶固有频率，并将一阶固有频率与3hz至15hz的预设频率范围进行比较；

25、根据双框架控制力矩陀螺在轨工作状态下的主要微振动频段对应的力传递率，评价三点式复合隔振器在主要微振动频段内的隔振性能；

26、在发射与运输阶段，将安装有双框架控制力矩陀螺的三点式复合隔振器固定于振动台上，并依次进行冲击、随机振动和大加速度力学环境试验，采集双框架控制力矩陀螺和安装基板的响应数据，根据响应数据评价三点式复合隔振器在冲击、随机振动及大加速度力学环境下的连接稳定性、承载稳定性以及对双框架控制力矩陀螺的力学环境保护能力。