[发明专利]卫星敏感载荷系统及其磁悬浮非线性隔振器及设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星载荷的隔振技术领域，具体涉及一种卫星敏感载荷系统及其磁悬浮非线性隔振器及设计方法。

背景技术

随着航天技术的发展，成像类载荷以及高分辨率光学载荷的性能和精度的不断提高，卫星搭载的高精度高稳定度载荷对卫星平台的稳定性的要求越来越高，微振动对其影响已经不能忽略，必须采取隔振的措施保证卫星载荷的正常工作。

航天器主要的振动大体分为两类：一类是频率范围为30～250Hz以上，特点是激励的幅值较小，称为高频小振幅振动；第二类振动频率一股低于30Hz，特点是激励的幅值较大，称为低频大振幅振动。为了有效隔离高频振动，希望隔振元件具有低刚度小阻尼特性；另一方面，为了抑制隔振系统共振频率附近较大振幅的振动，同时为了限制那些准静态载荷作用下引起的位移，并且将其诱发的较大幅度自由振动尽快衰减，又希望隔振元件具有高刚度大阻尼特性。这对隔振元件提出了“低频域具有高刚度大阻尼、高频域具有低刚度小阻尼”这两个基本的而又相互矛盾的要求。

传统单纯的弹簧阻尼隔振设计显然不能满足系统对低频大刚度与高频小刚度的要求，而磁力隔振方法有着非接触，变刚度，非线性，小振幅时低刚度，大振幅时高刚度等优点。因此，要对卫星平台向敏感载荷的振动传递进行隔离，设计一种既考虑航天适用性又考虑节能性的隔振系统，是解决问题的主要途径之一。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种卫星敏感载荷系统及其磁悬浮非线性隔振器及设计方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种磁悬浮非线性隔振器，包括三个永磁体，所述三个永磁体同轴串联布置，其中，位于两端的永磁体固定，位于中间的永磁体仅能够沿轴向自由运动。

优选地，所述位于中间的永磁体上设有沿轴向的输出杆。

优选地，还包括外部壳体，所述三个永磁体封装在外部壳体内部，所述输出杆由外部壳体伸出。

优选地，所述三个永磁体采用圆柱形永磁体，且位于两端的永磁体形状大小完全相同。

根据本发明的第二个方面，提供了一种磁悬浮非线性隔振器的设计方法，包括如下步骤：

步骤1，将两个永磁体同极相对放置，分析两个永磁体的磁场力；

步骤2，将第三个永磁体与步骤1中的两个永磁体互相同极相对串联组合形成串联磁悬浮系统，分析串联磁悬浮系统的磁场力；

步骤3，将串联磁悬浮系统中的位于两端的永磁体固定，使位于中间的永磁体沿轴线方向自由运动，分析中间永磁体受到的磁场力；

步骤4，根据串联磁悬浮系统的磁力大小，分析该串联磁悬浮系统的刚度；

步骤5，分析三个永磁体直径大小对串联磁悬浮系统刚度的影响；

步骤6，分析三个永磁体之间的气隙宽度对串联磁悬浮系统刚度的影响；

步骤7，根据被隔振载荷的质量属性和隔振频段，得到串联磁悬浮系统的最优刚度，确定三个永磁体最佳直径和气隙宽度；

步骤8，根据串联磁悬浮系统的最佳刚度，分析隔振效率，形成磁悬浮非线性隔振器。

优选地，还包括如下步骤：

步骤9，对磁悬浮非线性隔振器进行试验验证。

优选地，所述三个永磁体同轴设置。

优选地，所述位于中间的永磁体仅能够沿轴向运动。

根据本发明的第三个方面，提供了一种卫星敏感载荷系统，包括卫星平台、卫星敏感载荷以及安装于卫星平台和卫星敏感载荷之间的隔振系统，所述隔振系统包括若干个上述磁悬浮非线性隔振器。

优选地，所述卫星敏感载荷与磁悬浮非线性隔振器之间通过输出杆连接，所述卫星平台与磁悬浮非线性隔振器固接。

优选地，所述隔振系统为如下任一种结构：

所述磁悬浮非线性隔振器为一个，所述输出杆与外部壳体之间通过直线轴承连接，用于保证磁悬浮非线性隔振器仅沿轴向运动，形成单自由度隔振系统；

所述磁悬浮非线性隔振器为多个，多个磁悬浮非线性隔振器并联连接，组成多自由度隔振系统。

本发明相比于现有技术，具有如下的优点和积极效果：

1、采用三个永磁体串联布置形式，且同轴设置，中间的永磁体仅沿轴向运动，保证永磁体角度不发生偏转，磁场稳定，不会引起其他频率的振动；

2、串联磁悬浮系统刚度非线性，低频大振幅振动时提供大回复力，使被隔振对象快速回到平衡位置，高频小振幅振动时提供低刚度，提高了隔振效率；