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基于统计能量法的卫星高频振动分析及隔振研究

张婧雯  
【摘要】: 卫星发射的主动段,卫星经受振动、噪声、过载、冲击等因素的综合力学环境作用,这些环境因素对其性能和可靠性有着重要影响。目前,卫星与运载火箭的联接通常采用刚度较大的适配器,环境载荷直接从星箭界面传递到卫星,再作用于卫星各次级子系统和仪器设备,影响其性能和可靠性。如果改善卫星在主动阶段承受的动力学环境,不仅可以提高卫星发射的可靠性、降低风险,还可以搭载更多设备,减少成本。 统计能量分析方法起始于20世纪60年代航空航天工业,其用统计的观点,从能量的角度来分析复杂结构在外载荷作用下的响应,能够快速、准确地模拟中、高频段声学特性,也能有效地预估产品的结构振动。 本文首先详细介绍了统计能量方法中损耗因子的实验测量技术,并根据理论公式和实验数据计算得到实际模型的内损耗因子与耦合损耗因子。同时将这一参数与AutoSEA软件仿真计算结果比较,以验证软件仿真分析的准确性与可行性;其次,论述如何利用统计能量分析软件AutoSEA建立卫星综合力学环境下的声振仿真分析模型,并将实际动态载荷转变为模拟激励及边界条件。通过分析求解,得到所有子系统的各阶模态能量响应与分布情况。再次,提出在适配器与星箭界面之间引入线形隔振器、星箭连接支架外表面附加约束阻尼层、使用桁架结构有效载荷适配器的综合隔振思路,从而有效隔离作用于卫星的轴向和横向的载荷,减小卫星发射时所承受的环境载荷。 本文充分展示了应用统计能量法以及AutoSEA软件对动态耦合系统进行高频声振研究的强大仿真与计算能力,并且为更多的工程设计改造项目提供了更为准确有效的分析手段。此外将阻尼隔振与改进的有效载荷适配器综合运用于隔振,对于缓解主动段卫星的机械振动环境存在显著优势,有效降低了力学环境约束,并且使卫星重量和成本方面的指标得以改善。


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