一种声学黑洞结构航天器冲击隔离装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种声学黑洞结构航天器冲击隔离装置，包括卫星载荷，所述卫星载荷底部通过连接件连接有冲击隔离装置，冲击隔离装置底部通过爆炸螺栓与受冲击板固定；所述冲击隔离装置包括分层叠加设置的隔冲环，以及相邻隔冲环之间的隔冲垫块构成；所述隔冲环由连续交替排布的声学黑洞变截面段和环体段构成，隔冲环的环体段交替布置有连接件和固定件，各层隔冲环通过连接件对称固定，隔冲垫块通过固定件设置在相邻隔冲环的环体段之间；所述声学黑洞变截面段由两端向中部收缩，声学黑洞变截面段表面单侧的收缩轮廓曲线遵循以声学黑洞变截面段中点为坐标原点的函数h(x)＝εx

【技术实现步骤摘要】
一种声学黑洞结构航天器冲击隔离装置


[0001]本技术涉及航天器减冲击设备
，尤其涉及一种声学黑洞结构航天器冲击隔离装置。

技术介绍

[0002]国内在卫星整体冲击隔离系统方面开展的研究工作较少。火箭在点火升空至星箭分离过程中，卫星需要经历严酷的冲击环境，包括发动机点火、关机与分离过程的冲击。其中有效载荷的解锁分离的冲击环境最为强烈。爆炸螺栓的选用满足了对接装置的可靠性，然而会造成较大的冲击，以高频为主要成分。据统计冲击响应谱的拐点一般在1000Hz以上，爆炸冲击的加速度可达3
×
102到3
×
105g，强烈的冲击环境可能造成卫星上的电子、光学和其他敏感装置产生破坏。
[0003]星箭分离冲击环境是卫星在发射过程中经历的最为严苛的力学环境之一，是由火工品起爆作用于卫星结构上产生的高频、高量级的瞬态冲击响应。一般情况下，高频的火工冲击载荷不会对航天器的结构造成破坏，但是却能对具有晶振、脆性材料等精密电子设备造成损伤，从而造成航天任务的失败。
[0004]声学黑洞是通过逐渐减小系统的几何参数或者材料特性参数而形成的一种具有能量聚集效应的结构，在理想情况下波的传播速度随介质的变化逐渐减小到零，因此不会发生波的反射。声学黑洞的实现方法多种，其中将梁或者薄板的厚度按照一定的规律剪裁是最简单有效的方法。当入射弯曲波在结构的等厚度部分传播时，波长和波幅为定值。随着弯曲波从结构的等厚度区域进入到声学黑洞区域后，播速会因厚度的减小而逐渐减小，波长被压缩，波幅增大。理想的声学黑洞结构边缘厚度可渐变为零，达到波在边缘处完全不反射的黑洞效果，即对波的完美俘获，但对于实际加工以及工程实际应用，实际结构的边缘厚度不可能无限趋近于零，即存在一个截断厚度。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种具有声学黑洞结构，来防止冲击对卫星设备产生破坏的航天器冲击隔离装置。
[0006]为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种声学黑洞结构航天器冲击隔离装置，包括卫星载荷，所述卫星载荷底部通过连接件连接有冲击隔离装置，冲击隔离装置底部通过爆炸螺栓与受冲击板固定；所述冲击隔离装置包括分层叠加设置的隔冲环，以及相邻隔冲环之间的隔冲垫块构成；所述隔冲环由连续交替排布的声学黑洞变截面段和环体段构成，隔冲环的环体段交替布置有连接件和固定件，各层隔冲环通过连接件对称固定，隔冲垫块通过固定件设置在相邻隔冲环的环体段之间；所述声学黑洞变截面段由两端向中部收缩，声学黑洞变截面段表面单侧的收缩轮廓曲线遵循以声学黑洞变截面段中点为坐标原点的函数h(x)＝εx
m
+h0变化，其中h(x)为声学黑洞变截面段单侧轮廓曲线在x点的厚度，x为坐标原点两侧的长度坐标，h0为声学黑洞
变截面段单侧轮廓曲线的最低厚度，ε和m为常数，则声学黑洞变截面段的整体厚度遵循h(x)＝2εx
m
+2h0变化。
[0008]相对于现有技术，本技术具有以下有益效果：
[0009]本技术中的隔冲环具有周期排布的声学黑洞结构，基于固体介质中的传播的弯曲波随着厚度按照一定幂函数减小，其相应的相速度和群速度也减小，从而在卫星载荷和受冲击板之间将频带的弯曲波能量聚集于结构厚度变薄的声学黑洞变截面段内。隔冲环之间交错支撑的隔冲垫块在共同作用下，能够对卫星载荷起到隔离冲击的作用，将爆炸螺栓造成的冲击载荷有效地隔离吸收。而且声学黑洞变截面段可去除隔冲环部分自身材料，实现了在增强其冲击隔振效果的同时，减小自身重量，这一成果有助于航天产品的节能以及增大卫星的有效载荷。隔冲环和隔冲垫块还可根据卫星载荷地结构及形状做出调整，加工方便，安装简单。
附图说明
[0010]图1为本技术的结构示意图；
[0011]图2为本技术中冲击隔离装置的结构示意图；
[0012]图3为本技术中隔冲环的俯视图；
[0013]图4为本技术中声学黑洞变截面段的结构示意图；
[0014]图5为在声学黑洞变截面段上建立坐标的示意图；
[0015]图6为声学黑洞变截面段表面单侧收缩轮廓曲线的函数示意图；
[0016]图7为本技术的实验结果与参考结果的对比图。
[0017]附图标记说明：
[0018]1‑
卫星载荷，2
‑
冲击隔离装置，3
‑
爆炸螺栓，4
‑
受冲击板，21
‑
连接件，22
‑
隔冲环，23
‑
固定件，24
‑
隔冲垫块，221
‑
声学黑洞变截面段，222
‑
环体段。
具体实施方式
[0019]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
[0020]如图1至图5所示，一种声学黑洞结构航天器冲击隔离装置，包括卫星载荷1，所述卫星载荷1底部通过连接件21连接有冲击隔离装置2，冲击隔离装置2底部通过爆炸螺栓3与受冲击板4固定；所述冲击隔离装置2包括分层叠加设置的隔冲环22，以及相邻隔冲环22之间的隔冲垫块24构成；所述隔冲环22由连续交替排布的声学黑洞变截面段221和环体段222构成，隔冲环22的环体段222交替布置有连接件21和固定件23，各层隔冲环22通过连接件21对称固定，隔冲垫块24通过固定件23设置在相邻隔冲环22的环体段222之间；所述声学黑洞变截面段221由两端向中部收缩，声学黑洞变截面段221表面单侧的收缩轮廓曲线遵循以声学黑洞变截面段221中点为坐标原点的函数h(x)＝εx
m
+h0变化，其中h(x)为声学黑洞变截面段221单侧轮廓曲线在x点的厚度，x为坐标原点两侧的长度坐标，h0为声学黑洞变截面段221单侧轮廓曲线的最低厚度，ε和m为常数，则声学黑洞变截面段221的整体厚度遵循h(x)＝2εx
m
+2h0变化。
[0021]如图2至图4所示，单个隔冲环22由周期排布的声学黑洞变截面段221和环体段222构成，在环体段222上交替设置连接件21和固定件23，连接件21用于穿接固定各层隔冲环
22，固定件23用于在环体段222之间固定隔冲垫块24，以便隔开相邻隔冲环22。隔冲环22上相邻的声学黑洞变截面段221和环体段222为一个周期，隔冲环22可根据需承受的爆炸载荷适应增加周期数和隔冲环22的层数。在航天器解锁分离时，爆炸载荷由下到上在隔冲环22之间传递，在卫星载荷1和受冲击板4之间将频带的弯曲波能量聚集于结构厚度变薄的声学黑洞变截面段221内，并利用隔冲垫块24分层隔离隔冲环22之间的冲击，由下到上吸收爆炸载荷。
[0022]如图5和图6所示，以单个隔冲环22厚度中线为x轴，声学黑洞变截面段221中轴线为y轴，声学黑洞变截面段221的中点为原点o，建立坐标轴。声学黑洞变截面段221表面单侧的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种声学黑洞结构航天器冲击隔离装置，包括卫星载荷(1)，其特征在于：所述卫星载荷(1)底部通过连接件(21)连接有冲击隔离装置(2)，冲击隔离装置(2)底部通过爆炸螺栓(3)与受冲击板(4)固定；所述冲击隔离装置(2)包括分层叠加设置的隔冲环(22)，以及相邻隔冲环(22)之间的隔冲垫块(24)构成；所述隔冲环(22)由连续交替排布的声学黑洞变截面段(221)和环体段(222)构成，隔冲环(22)的环体段(222)交替布置有连接件(21)和固定件(23)，各层隔冲环(22)通过连接件(21)对称固定，隔冲垫块(24)通过固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁千，吕晓飞，盛荟，杨天智，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：