文档介绍：工学博士学位论文
流体阻尼器特性
及其对整星隔振性能影响的研究
何玲
哈尔滨工业大学
2007 年 10 月
国内图书分类号:TB123,V414
国际图书分类号:,
工学博士学位论文
流体阻尼器特性
及其对整星隔振性能影响的研究
博士研究生: 何玲
导师: 郑钢铁教授
申请学位: 工学博士
学科、专业: 一般力学与力学基础
所在单位: 航天工程与力学系
答辩日期: 2007 年 10 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:TB123,V414
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Dissertation for the Doctor Degree in Engineering
CHARACTERISTIC OF FLUID DAMPER
AND ITS EFFECT ON THE
WHOLE-SPACECRAFT VIBRATION
ISOLATION
Candidate: He Ling
Supervisor: Prof. Zheng Gangtie
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Specialty: General Mechanics and
Mechanics Foundations
Affiliation: Department of Aerospace
Engineering and Mechanics
Date of Defence: October, 2007
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
整星隔振技术是利用隔振器改造或替代原有星箭适配器,有效改善卫星
在发射过程中的动力学环境的一种方法。这里,星箭适配器(也称卫星支架)
是连接卫星和运载火箭的部段。其中以流体阻尼器为阻尼元件搭建多作动器
隔振平台是实现整星隔振技术的一种重要方式。与其它阻尼形式相比,流体
阻尼具有工作变形小,但可提供较大作动力的特点,并且其隔振系统的阻尼
和刚度可以相互独立。为了给流体阻尼器及隔振平台的设计及应用提供参考
依据,本文以流体阻尼器为研究对象,结合其在多作动器隔振平台中的应用,
对影响流体阻尼器隔振特性的非线性因素进行了深入的理论分析和实验研
究。
本文首先通过研究流体阻尼的形成机制,建立流体阻尼力的函数表达式。
并结合整星隔振平台对作动器的要求,设计了几种不同结构形式的流体阻尼
隔振器,对它们进行相应的理论分析和实验验证。
针对实验验证时活塞式流体阻尼器在不同激励幅值条件下出现明显不同
的隔振特性的现象,提出用双线性滞后模型描述阻尼器中存在的摩擦力,建
立单个阻尼器的非线性动力学方程,并利用谐波平衡法分析摩擦力对隔振性
能的影响。然后分别在采用两参数作动器模型和三参数作动器模型的基础上
考虑单个作动器上的摩擦力作用,建立隔振平台的非线性动力学模型并进行
分析。结果表明,无论单个隔振器,还是隔振平台,由于摩擦力作用,均存
在粘着和滑动两种状态,当激励幅值较小时,摩擦力表现为刚度,使系统共
振频率提高,隔振带宽减小。
对波纹管式流体阻尼器进行实验验证,结果发现阻尼器具有两自由度系
统的特征。因此提出考虑流体附加质量的作用,并计入流体的二次非线性阻
尼,建立阻尼器的两自由度模型,较好的解释了实验现象。由此建立相应的
八作动器隔振平台的动力学模型,并讨论流体质量和非线性阻尼对隔振性能
的影响。结果表明,当阻尼值较小时,流体质量的作用不可忽视,阻尼器在
高频段会出现明显的共振,从而降低隔振效果;当阻尼较大时,流体质量作
用可以被忽略,系统可简化为单自由度三参数模型。
流体阻尼的主要特征是能量转换和能量耗散。根据流体的粘温特性,考
虑流体温度与阻尼力之间的相互作用,在动力学方程的基础上附加流体阻尼
器的热平衡方程,建立流体阻尼器的热动力学模型。并采用短时傅立叶变换
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哈尔滨工业大学工学博士学位论文
对该时变非线性系统进行时频分析,讨论粘性发热对隔振性能的影响。结果
发现,随着时间推移,系统温度升高,阻尼降低,隔振特性发生改变,共振
频率及共振峰值发生变化,直到系统达到动平衡状态。
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