一種實(shí)現(xiàn)整星自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)整星自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制裝置，包括錐殼適配器，阻尼材料，立方非線性彈簧，質(zhì)量塊，導(dǎo)桿，能量采集器，導(dǎo)線，作動(dòng)器，控制器和傳感器；阻尼材料、立方非線性彈簧和質(zhì)量塊組成了非線性能量匯，即NES；能量采集器的一端固定在錐殼適配器上端面內(nèi)側(cè)，另一端固定在質(zhì)量塊上，實(shí)現(xiàn)NES和能量采集器的組合；導(dǎo)桿的兩端與錐殼適配器上下端面固定，約束質(zhì)量塊的振動(dòng)方向；作動(dòng)器與錐殼適配器上下端面接觸，并通過(guò)導(dǎo)線與能量采集器連接，控制器將安裝在錐殼適配器上端的傳感器反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)并傳至作動(dòng)器中。本發(fā)明很大程度上解決航天器實(shí)際環(huán)境的能源限制問(wèn)題，具有突出的實(shí)際應(yīng)用意義。
【專利說(shuō)明】
一種實(shí)現(xiàn)整星自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)整星自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在航天工程領(lǐng)域中，衛(wèi)星在發(fā)射過(guò)程中會(huì)受到不同形式的載荷作用，包括周期、隨機(jī)及瞬態(tài)等激勵(lì)。前人基于整星隔振技術(shù)，在星箭連接適配器(PAF)中加入隔振裝置能在一定程度上降低載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的危害。
[0003]近些年，利用非線性能量匯(Nonlinear energy sink，NES)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)振動(dòng)控制的技術(shù)受到了廣大國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究。NES主要包含立方非線性剛度、阻尼材料和質(zhì)量塊組成，能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)能量從主系統(tǒng)單向且不可逆地傳遞至非線性部分，達(dá)到有效的減振目標(biāo)。傳遞至非線性吸振器上能量最終被非線性部分的阻尼材料耗散，然而阻尼耗散能量產(chǎn)生的熱量可能會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生危害，有必要研究在實(shí)現(xiàn)減振的情況下減少阻尼耗散的能量。
[0004]能量采集回收技術(shù)已得到很多的研究成果，包括有壓電式能量采集、電磁動(dòng)圈式能量采集和磁致伸縮式能量采集等，以及復(fù)合式能量采集器，例如壓電電磁式能量采集器、壓電壓磁式能量采集器等。這些技術(shù)使得振動(dòng)環(huán)境中的能量可以被采集回收再利用，是一種新能源的實(shí)現(xiàn)方式。所以，能量采集技術(shù)與非線性能量匯的結(jié)合運(yùn)用，嘗試解決使用中可能帶來(lái)的弊端，并且探討實(shí)現(xiàn)非線性振動(dòng)能量的采集回收。
[0005]振動(dòng)控制問(wèn)題已得到了很多研究，包括被動(dòng)控制、主動(dòng)控制以及主被動(dòng)一體化控制。主動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)方法中主要利用作動(dòng)器和控制器組成的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其中作動(dòng)器包括壓電作動(dòng)器、電磁式作動(dòng)器、形狀記憶合金作動(dòng)器和超磁致伸縮作動(dòng)器等。在這幾種方法中，主被動(dòng)一體化控制解決了被動(dòng)控制低頻限制的缺點(diǎn)以及主動(dòng)控制高頻限制的缺點(diǎn)。尤其在航天結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題的解決中，主被動(dòng)一體化控制已經(jīng)成為了研究的重要方面。但是在實(shí)際應(yīng)用中，主、被動(dòng)一體化控制會(huì)受到工程實(shí)際環(huán)境的能源限制，尤其是航天器自身所處的環(huán)境。因此，研究航天器可實(shí)現(xiàn)自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制具有突出的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提出一種實(shí)現(xiàn)整星自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制裝置，以實(shí)現(xiàn)航天器自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明在解決技術(shù)問(wèn)題時(shí)候所采用的技術(shù)方案是:
一種實(shí)現(xiàn)整星自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制裝置，包括錐殼適配器，阻尼材料，立方非線性彈簧，質(zhì)量塊，導(dǎo)桿，能量采集器，導(dǎo)線，作動(dòng)器，控制器和傳感器;所述阻尼材料和立方非線性彈簧的一端固定在錐殼適配器上端面內(nèi)側(cè)，另一端固定在質(zhì)量塊上，阻尼材料、立方非線性彈簧和質(zhì)量塊組成了非線性能量匯，即NES;所述能量采集器的一端固定在錐殼適配器上端面內(nèi)側(cè)，另一端固定在質(zhì)量塊上，實(shí)現(xiàn)NES和能量采集器的組合;所述導(dǎo)桿的兩端與錐殼適配器上下端面固定，約束質(zhì)量塊的振動(dòng)方向；所述作動(dòng)器與錐殼適配器上下端面接觸，并通過(guò)導(dǎo)線與能量采集器連接，所述控制器將安裝在錐殼適配器上端的傳感器反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)并傳至作動(dòng)器中。
[0008]所述能量采集器為壓電式能量采集器、電磁式能量采集器、磁致伸縮式能量采集器或復(fù)合式能量采集器等，所述復(fù)合式能量采集器為壓電電磁式能量采集器、壓電壓磁式能量采集器等。所述作動(dòng)器為壓電式作動(dòng)器、電磁式作動(dòng)器、形狀記憶合金作動(dòng)器或超磁致伸縮作動(dòng)器等。
[0009]本發(fā)明具有如下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明利用非線性能量匯(NES)和能量采集器裝置的特點(diǎn)，將其組合安裝于星箭錐殼適配器內(nèi)，此組合裝置通過(guò)導(dǎo)線與作動(dòng)器連接，設(shè)計(jì)成一種可實(shí)現(xiàn)整星自供能的主、被動(dòng)一體化振動(dòng)控制裝置。
[0010](I)非線性能量匯(NES)和能量采集器的組合裝置能夠?qū)崿F(xiàn)錐殼結(jié)構(gòu)上振動(dòng)能量的定向轉(zhuǎn)移和振動(dòng)能量的采集回收。這種組合裝置利用NES可將振動(dòng)能量單向傳遞至此非線性裝置中，能量采集器能夠?qū)鬟f至此部分的振動(dòng)能量以電能的形式部分采集回收得至IJ。這種新形式的裝置一方面降低了因阻尼耗散能量產(chǎn)生的熱量可能對(duì)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的危害，另一方面實(shí)現(xiàn)了被轉(zhuǎn)移至NES中的振動(dòng)能量的再次回收，改進(jìn)了以往NES在機(jī)構(gòu)消振過(guò)程中振動(dòng)能量?jī)H是阻尼耗散掉的單一方式，同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的被動(dòng)振動(dòng)控制以及采集能量的目標(biāo)。
[0011](2)在NES和能量采集器組合裝置中回收得到的電能可通過(guò)電路供給一類作動(dòng)器，依據(jù)反饋的控制信號(hào)，多個(gè)與錐殼適配器連接的作動(dòng)器可實(shí)現(xiàn)對(duì)整星的主動(dòng)控制。自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制很大程度上解決航天器實(shí)際環(huán)境的能源限制問(wèn)題，具有突出的實(shí)際應(yīng)用意義。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是實(shí)現(xiàn)整星自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0014]如圖1所示，一種實(shí)現(xiàn)整星自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制裝置，包括錐殼適配器I，阻尼材料2，立方非線性彈簧3，質(zhì)量塊4，導(dǎo)桿5，能量采集器6，導(dǎo)線7，作動(dòng)器8，控制器9和傳感器10;所述阻尼材料2和立方非線性彈簧3的一端固定在錐殼適配器I上端面內(nèi)偵U，另一端固定在質(zhì)量塊4上，阻尼材料2、立方非線性彈簧3和質(zhì)量塊4組成了非線性能量匯，即NES;所述能量采集器6的一端固定在錐殼適配器I上端面內(nèi)側(cè)，另一端固定在質(zhì)量塊4上，實(shí)現(xiàn)NES和能量采集器6的組合;所述導(dǎo)桿5的兩端與錐殼適配器I上下端面固定，約束質(zhì)量塊4的振動(dòng)方向；所述作動(dòng)器8與錐殼適配器I上下端面接觸，并通過(guò)導(dǎo)線7與能量采集器6連接，所述控制器9將安裝在錐殼適配器I上端的傳感器10反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)并傳至作動(dòng)器8中。
[0015]所述能量采集器6可選擇的種類有:壓電式能量采集器、電磁式能量采集器、磁致伸縮式能量采集器以及復(fù)合式能量采集器，例如壓電電磁式能量采集器、壓電壓磁式能量采集器等;所述作動(dòng)器8可選擇的種類有:壓電作動(dòng)器、電磁式作動(dòng)器、形狀記憶合金作動(dòng)器和超磁致伸縮作動(dòng)器等。根據(jù)能量采集器6的不同，其安裝方式也有所差異，可靈活變動(dòng)。
[0016]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)整星自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制裝置的工作原理如下:
如圖1所示，航天結(jié)構(gòu)錐殼適配器在工作環(huán)境中受到外界激勵(lì)時(shí)候，連接在錐殼適配器I上的NES能夠?qū)⒄巧系恼駝?dòng)能量靶向連續(xù)傳遞至NES自身部分。連續(xù)快速傳遞至NES上的非線性振動(dòng)能量一部分以機(jī)械能的形式存在，一部分被NES的阻尼材料2耗散，實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)振動(dòng)控制。由于NES與錐殼適配器I之間存在的相對(duì)位移，與NES連接的能量采集器6可將剩余部分的振動(dòng)能量以電能的形式采集回收得到。采集得到的電能可通過(guò)若干導(dǎo)線7供給作動(dòng)器8。在有能量采集器6采集提供電能的前提下，控制器9將固定在錐殼適配器I上的加速度傳感器反饋信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?hào)，依據(jù)控制信號(hào)，作動(dòng)器8選擇性地對(duì)錐殼適配器I產(chǎn)生作用力，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)振動(dòng)控制。面對(duì)振動(dòng)控制問(wèn)題時(shí)，本發(fā)明突出的特點(diǎn)有利于很大程度上解決航天器會(huì)遇到環(huán)境中能源限制的難題。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種實(shí)現(xiàn)整星自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制裝置，其特征在于:包括錐殼適配器(I)，阻尼材料(2)，立方非線性彈簧(3)，質(zhì)量塊(4)，導(dǎo)桿(5)，能量采集器(6)，導(dǎo)線(7)，作動(dòng)器(8)，控制器(9)和傳感器(10);所述阻尼材料(2)和立方非線性彈簧(3)的一端固定在錐殼適配器(I)上端面內(nèi)側(cè)，另一端固定在質(zhì)量塊(4)上，阻尼材料(2)、立方非線性彈簧(3)和質(zhì)量塊(4)組成了非線性能量匯，即NES;所述能量采集器(6)的一端固定在錐殼適配器(I)上端面內(nèi)側(cè)，另一端固定在質(zhì)量塊⑷上，實(shí)現(xiàn)NES和能量采集器(6)的組合;所述導(dǎo)桿(5)的兩端與錐殼適配器(I)上下端面固定，約束質(zhì)量塊(4)的振動(dòng)方向；所述作動(dòng)器(8)與錐殼適配器(I)上下端面接觸，并通過(guò)導(dǎo)線(7)與能量采集器(6)連接，所述控制器(9)將安裝在錐殼適配器(I)上端的傳感器(10)反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)并傳至作動(dòng)器(8)中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)整星自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制裝置，其特征在于:所述能量采集器(6)為壓電式能量采集器、電磁式能量采集器、磁致伸縮式能量采集器或復(fù)合式能量采集器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)整星自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制裝置，其特征在于:所述復(fù)合式能量采集器為壓電電磁式能量采集器、壓電壓磁式能量采集器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)整星自供能主被動(dòng)一體化非線性振動(dòng)控制裝置，其特征在于:所述作動(dòng)器(8)為壓電式作動(dòng)器、電磁式作動(dòng)器、形狀記憶合金作動(dòng)器或超磁致伸縮作動(dòng)器。
【文檔編號(hào)】H02N2/06GK106059392SQ201610533535
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月8日
【發(fā)明人】陳立群, 張業(yè)偉, 李響, 方智偉, 丁虎
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)