[发明专利]一种声学黑洞结构航天器冲击隔离装置

说明书

本发明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^m+h₀变化。本发明旨在提供一种具有声学黑洞结构的航天器冲击隔离装置。

技术领域

本发明涉及航天器减冲击设备技术领域，尤其涉及一种声学黑洞结构航天器冲击隔离装置。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

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。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：