星上动量飞轮隔振效果评价方法及其隔振系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于星上动量飞轮的隔振效果评价方法，其包括建立柔性基础上动量飞轮隔振系统动力学模型，系统的功率流传递谱推导，系统的功率流传递率指标评价等。本发明专利技术通过能量传递机理解决了星上动量飞轮的振动隔振效率评价问题，为系统结构参数的优化设计提供理论参考依据，满足在工程实践中具体的隔振设计。

【技术实现步骤摘要】
星上动量飞轮隔振效果评价方法及其隔振系统
本专利技术涉及航天器被动隔振
，具体地，涉及一种星上动量飞轮隔振系统的隔振效果评价及其隔振系统。
技术介绍
目前，动量飞轮被广泛地运用于集成储能/调姿控制系统(Integrated-Power/Attitude-ControlSystem，IPACS)中来执行现代航天任务。动量飞轮是卫星储能、姿控系统的关键执行部件，动量轮的工作动态特性及可靠性直接影响到整个卫星控制精度与寿命。但是由于动量轮本身的质量不平衡、以及轴承加工的不完整致使飞轮作为储能、姿控系统动力源的同时也成为对被控精密有效载荷的扰动源。转子产生的振动有低频，但一般高于10Hz，该高频振动直接传递到整星星体上，特别是其发生入轨、变轨等作用时，振动更加剧烈，这就需要对动量飞轮传递给航天器的振动进行隔离，以达到高精度高稳定度控制，为星上光学有效载荷提供一种超静环境。隔振的目的是为了减小振动的传递，对于工程实践中的具体隔振设计，普遍关心的是通过隔振被保护对象的振动量级获得了多大程度的衰减或控制。在隔振设计时，对系统结构参数的优化设计一般是围绕隔振效果展开的，因此隔振效果的评价指标是隔振评价体系的核心内容。现有的隔振系统，通常将受控对象视为无限质量的绝对刚体，振源为理想质量块，弹性支承用弹簧和阻尼器并联系统代替。根据经典隔振理论，当外激励频率为系统固有频率的倍以上时就有隔振效果，理论上该值越高，隔振效果越佳。但在实际应用中，隔振系统在高频域的振动传递率衰减一般不超过20dB，其主要原因在于：一方面，高频振动环境下受控对象不能简单的理解为绝对刚体，其弹性模态也要考虑；另一方面，实际应用中的隔振器本质上为连续质量体，在高频振动情况下，隔振器自身会产生驻波效应，影响隔振效果。在卫星结构中，飞轮通过隔振支架安装在蜂窝板上，飞轮工作时产生的高频振动使得蜂窝板的弹性模态很容易被激发，此时飞轮与蜂窝板基础间构成了复杂弹性耦合系统，用振动传递率来评价隔振效果就会出现不准确甚至相反的结论。振动功率流方法克服了传统隔振方法，以单一传递率作为评价振动隔离效果指标的局限，它从能量的观点来阐释振动传输问题，分析系统的能量传递和分布，为研究复杂弹性耦合系统动力学问题提供了有效途径。功率流的定义为单位时间内力所做的功，它的基本表达式为：P＝F·V。功率流兼顾了力和速度以及它们的相位信息，振动信息丰富，对于隔振系统的性能，可采用功率流理论进行预测和评价，即通过分析输入到结构的功率流、振动传输路径的功率流来预测及评价隔振效果。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于星上动量飞轮的隔振效果评价方法。根据本专利技术提供的一种星上动量飞轮隔振效果评价方法，包括以下步骤：第一步，输入参数A11、A12、A21、A22、B11、B12、B21、B22、C11、C12、C21、C22分别至轮与支架组合体子系统、隔振器子系统、基础子系统中；第二步，根据支架组合体子系统、隔振器子系统、基础子系统这三个系统的对应参数，建立柔性基础上动量飞轮隔振系统动力学模型，并分别获得支架组合体子系统(1)的速度VAt和力FAt，隔振器子系统(2)的速度VBt和力FBt,基础子系统(3)的VC和力FC。第三步，根据支架组合体子系统(1)的速度VAt和力FAt，隔振器子系统(2)的速度VBt和力FBt和基础子系统(3)的速度VC和力FC，这几者的数值获得各子系统的功率流传递谱PinA、PinB、PinC。第四步，根据子系统的功率流传递谱计算出系统的功率流传递率γ，将其传至计算机系统中作为隔振效果定量评价指标。本专利技术还提供了一种隔振系统，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现利用上述的星上动量飞轮隔振效果评价方法对动量飞轮的隔振的功率流传递率进行计算的步骤。优选地，所述隔振系统的隔振基础为柔性基础。优选地，所述动量飞轮转子的工作频带范围1Hz～1000Hz，动量飞轮转子动不平衡带来的扰动力为单频激励源。优选地，采用能量传递的观点来描述振动传输机理，即通过分析输入到结构的功率流、振动传输路径的功率流来预测及评价隔振效果。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、将功率流传递率用于星上动量飞轮的隔振效果评价指标，比传统的振动传递率更加科学合理；2、为飞轮隔振系统的结构参数优化设计提供准确的参考依据；3、该方法同样适用于航天器中其它部组件被动隔振设计中的隔振效果评价。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术提供的星上动量飞轮安装简化模型示意图。图2为本专利技术提供的输入各子系统功率流传递谱曲线。图3为本专利技术提供的飞轮隔振系统的功率流传递率曲线。图中所示：具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术提供的一种星上动量飞轮隔振效果评价方法，包括以下步骤：第一步，输入参数A11、A12、A21、A22、B11、B12、B21、B22、C11、C12、C21、C22分别至轮与支架组合体子系统1、隔振器子系统2、基础子系统3中；第二步，根据支架组合体子系统1、隔振器子系统2、基础子系统3这三个系统的对应参数，建立柔性基础上动量飞轮隔振系统动力学模型，并分别获得支架组合体子系统(1)的速度VAt和力FAt，隔振器子系统(2)的速度VBt和力FBt,基础子系统(3)的VC和力FC。第三步，根据支架组合体子系统(1)的速度VAt和力FAt，隔振器子系统(2)的速度VBt和力FBt和基础子系统(3)的速度VC和力FC，这几者的数值获得各子系统的功率流传递谱PinA、PinB、PinC。第四步，根据子系统的功率流传递谱计算出系统的功率流传递率γ，将其传至计算机系统中作为隔振效果定量评价指标。本专利技术还提供了一种隔振系统，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现利用上述的星上动量飞轮隔振效果评价方法对动量飞轮的隔振的功率流传递率进行计算的步骤。所述隔振系统的隔振基础为柔性基础。所述动量飞轮转子的工作频带范围1Hz～1000Hz，动量飞轮转子动不平衡带来的扰动力为单频激励源。采用能量传递的观点来描述振动传输机理，即通过分析输入到结构的功率流、振动传输路径的功率流来预测及评价隔振效果。本实施例包括以下步骤：第一步，如图1所示，星上动量飞轮隔振系统动力学模型包括三个子系统，飞轮与支架组合体子系统1、隔振器子系统2、基础子系统3。整个系统关于平面(YOZ)对称。按照下式列出三个子系统的速度导纳矩阵：式中，FAt、FAb分别表示为飞轮与支架组合体子系统1的输入端力、输出端力；FBt、FBb分别表示隔振器子系统2的输入端力、输出端力；与其相应的输入与输出端响应速度分别用VAt，VAb，VBt，VBb表示；基础子系统3受到的力记为FC，相应的速度记为VC；A11、A12、A21、A22、B11、B12、B21、B22、C11、C12、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星上动量飞轮隔振效果评价方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，输入参数A11、A12、A21、A22、B11、B12、B21、B22、C11、C12、C21、C22分别至轮与支架组合体子系统(1)、隔振器子系统(2)、基础子系统(3)中；第二步，根据支架组合体子系统(1)、隔振器子系统(2)、基础子系统(3)这三个系统的对应参数，建立柔性基础上动量飞轮隔振系统动力学模型，并分别获得支架组合体子系统(1)的速度VAt和力FAt，隔振器子系统(2)的速度VBt和力FBt,基础子系统(3)的VC和力FC。第三步，根据支架组合体子系统(1)的速度VAt和力FAt，隔振器子系统(2)的速度VBt和力FBt和基础子系统(3)的速度VC和力FC，这几者的数值，获得各子系统的功率流传递谱PinA、PinB、PinC。第四步，根据子系统的功率流传递谱计算出系统的功率流传递率γ，将其传至计算机系统中作为隔振效果定量评价指标。

【技术特征摘要】
1.一种星上动量飞轮隔振效果评价方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，输入参数A11、A12、A21、A22、B11、B12、B21、B22、C11、C12、C21、C22分别至轮与支架组合体子系统(1)、隔振器子系统(2)、基础子系统(3)中；第二步，根据支架组合体子系统(1)、隔振器子系统(2)、基础子系统(3)这三个系统的对应参数，建立柔性基础上动量飞轮隔振系统动力学模型，并分别获得支架组合体子系统(1)的速度VAt和力FAt，隔振器子系统(2)的速度VBt和力FBt,基础子系统(3)的VC和力FC。第三步，根据支架组合体子系统(1)的速度VAt和力FAt，隔振器子系统(2)的速度VBt和力FBt和基础子系统(3)的速度VC和力FC，这几者的数值，获得各子系统的功率流传递谱PinA、Pin...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋港，洪岩，马蕾，王继虎，李霖圣，齐晓军，
申请(专利权)人：上海卫星装备研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31