空间微振动高效减振用阻尼硅橡胶的制备及性能研究
发布时间：2021-12-18 18:59
卫星在轨运行期间,各种姿控装置如控制力矩陀螺正常运转时会产生一系列幅值小,频谱宽的微振动,这种微振动会严重降低高分辨卫星上搭载光学载荷的成像质量。采用橡胶减振器是减轻微振动对光学载荷影响的好方法,硅橡胶减振器质量轻,可靠性高,同时具有良好的耐高低温性能、耐辐照性能等,在航空航天领域得到了广泛的应用。但传统硅橡胶损耗因子低,模量变化大,难以满足微振动小量级、小位移环境下的减振需要。本文从硅橡胶体系调控着手,围绕硅橡胶苯基含量,硫化体系,补强体系,阻尼添加剂等开展了一系列研究,基于30μm的微小振幅下,研究了硅橡胶在动态力学性能及其与硅橡胶结构、组成之间的关系,旨在制备一种能满足空间微振动环境减振要求的阻尼硅橡胶材料。以下是本文的主要研究内容及结论:（1）以含大体积苯基侧基的甲基苯基硅橡胶为基胶,制备了不同苯基含量的阻尼硅橡胶,研究了苯基含量对硅橡胶物理机械性能和动态力学性能的影响,结果表明随苯基含量提高,硅橡胶的玻璃化转变温度升高,损耗因子提高,但模量变化幅度增大。在-30～70℃的范围内,低苯基硅橡胶Ph-5%的损耗因子只有0.2左右,而苯基含量为20%的硅橡胶Ph-20%最大损耗因子...
【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
粘流阻尼器的剖面示意图[9]
任子初：空间微振动高效减振用阻尼硅橡胶的制备及性能研究-4-科院长春精密机械研究所等单位研究了金属波纹管及阻尼液微振动减振器及其原理，但由于长期使用存在密封问题，此类减振器还未进入实际应用。1.2.2金属隔振弹簧清华大学郑钢铁团队为CMG设备研制了金属橡胶弹簧，隔振器由壳体、运动导杆、金属丝网络材料构件、柔性铰、微调弹簧、壳体上下端盖构成，具有耐发射段大量级力学环境强、耐空间环境能力突出等优点，但存在着小位移下阻尼低、长期使用产生金属磨屑等问题[12]。隔振弹簧的阻尼比较低，共振时放大明显，可以搭配其他高阻尼比的阻尼器共同使用。例如，某高光谱分辨率的干涉仪能够承受的加速度量级为1.0×10–2g，但实际在轨微振动扰动已经达到了2.4×10–2g，范斌[13]采用4个隔振弹簧和4个电磁阻尼器（图1.2）并联的方式，将干涉仪加速度响应峰值降低到0.8×10–2g，满足了使用需求。其中电磁阻尼器主要依靠导体在磁场中运动形成涡流产生阻尼力，并将机械能转化为热能耗散。图1.2某干涉仪中采用的隔振弹簧和电磁阻尼器Fig.1.2Vibrationisolationspringandelectromagneticdamperusedinaninterferometer1.2.3橡胶减振器橡胶减振器重量轻，体积小，可靠性和鲁棒性高，在振动控制领域得到了广泛的应用。而且橡胶本身阻尼高，可以提供更好的能量衰减作用，对于冲击和低频放大也有着更好的抑制作用，并且可以根据需要选择不同的胶料压制出符合刚度的样品。如图1.3是国际空间站开发的微振动橡胶减振器[14]，通过在设备连接处增加了一组上下对称的橡胶垫圈将原有的刚性连接改为柔性连接。即在振源与有效载荷的传播路径中增加一个橡胶减振器，阻碍振动的传播，同时将振动能转化为热能耗散。
中国运载火箭技术研究院硕士学位论文-5-图1.3国际空间站上应用的橡胶隔振垫Fig.1.3RubbervibrationisolationpadsforInternationalSpaceStation类似的还有欧空局METOP气象卫星搭载的干涉仪上使用的橡胶减振装置，该减振装置同时也应用到了第二代静止轨道气象卫星(MTG)的微振动控制系统中[15]。这种橡胶减振器技术成熟，实际使用中又具有灵活多变的可操作性，考虑到微振动所处的空间环境，一般采用硅橡胶来制作。英国Surrey空间中心[16]研制的低扰动轻型控制力矩陀螺上就使用了硅橡胶减振器（图1.4），有效减轻了微振动对光学载荷造成的影响，并通过动态机械热分析（DMA）的方法评估了该材料的在微小动态应变下的动态力学性能。图1.4英国Surrey空间中心研制的硅橡胶隔振器Fig.1.4SiliconerubbervibrationisolatorinventedbySurreySpaceCenter,UK
【参考文献】：
期刊论文
[1]同步辐射光学元件的粘弹性减振方法[J]. 曹刚,李毅,梁好,盛伟繁. 核技术. 2019(12)
[2]有机硅材料在航空工业的应用[J]. 杨杰. 化工设计通讯. 2019(10)
[3]2018年中国高温硅橡胶发展现状及趋势[J]. 孙秋宏,丁莉. 中国石油和化工经济分析. 2019(09)
[4]对高温硫化硅橡胶粘辊影响因素的研究[J]. 吴文娟. 广东化工. 2019(14)
[5]核磁共振法测定苯基硅橡胶的苯基、乙烯基[J]. 李辉,孙志勇,李斌,艾惠,邓卫华,杜华太,孙国华,马卫东. 化学分析计量. 2019(04)
[6]高撕裂强度硅橡胶研究进展[J]. 袁坤山,刘黎明,曹文瑞,鲁守涛,张海军. 合成橡胶工业. 2019(04)
[7]不同硫化体系天然橡胶阻尼减震材料的硫化动力学及性能研究[J]. 张晓林,梁栋,赵树高. 橡胶工业. 2018(08)
[8]白炭黑表面特性及用量对苯基硅橡胶高频动态力学性能的影响[J]. 鲁俊良,芦艾,魏世林,孙素明,王宪忠,余凤湄. 功能材料. 2018(04)
[9]苯基硅橡胶性能的研究进展[J]. 孙全吉,黄艳华,吴娜,范召东,刘嘉. 有机硅材料. 2018(01)
[10]高灵敏度空间光学载荷在轨微振动隔振系统设计与验证[J]. 范斌,段鹏飞,于起峰. 航天返回与遥感. 2017(04)
博士论文
[1]航天器飞轮系统微振动特性及隔振方法研究[D]. 罗青.国防科学技术大学 2014
硕士论文
[1]苯基硅橡胶泡沫材料的制备及阻尼性能研究[D]. 胡洋.西南科技大学 2019
[2]高阻尼硅橡胶复合材料的制备与性能研究[D]. 陈根宝.华南理工大学 2016
[3]高温硫化硅橡胶耐热性能的研究[D]. 王岩韬.天津大学 2008
本文编号：3543002
【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
粘流阻尼器的剖面示意图[9]
任子初：空间微振动高效减振用阻尼硅橡胶的制备及性能研究-4-科院长春精密机械研究所等单位研究了金属波纹管及阻尼液微振动减振器及其原理，但由于长期使用存在密封问题，此类减振器还未进入实际应用。1.2.2金属隔振弹簧清华大学郑钢铁团队为CMG设备研制了金属橡胶弹簧，隔振器由壳体、运动导杆、金属丝网络材料构件、柔性铰、微调弹簧、壳体上下端盖构成，具有耐发射段大量级力学环境强、耐空间环境能力突出等优点，但存在着小位移下阻尼低、长期使用产生金属磨屑等问题[12]。隔振弹簧的阻尼比较低，共振时放大明显，可以搭配其他高阻尼比的阻尼器共同使用。例如，某高光谱分辨率的干涉仪能够承受的加速度量级为1.0×10–2g，但实际在轨微振动扰动已经达到了2.4×10–2g，范斌[13]采用4个隔振弹簧和4个电磁阻尼器（图1.2）并联的方式，将干涉仪加速度响应峰值降低到0.8×10–2g，满足了使用需求。其中电磁阻尼器主要依靠导体在磁场中运动形成涡流产生阻尼力，并将机械能转化为热能耗散。图1.2某干涉仪中采用的隔振弹簧和电磁阻尼器Fig.1.2Vibrationisolationspringandelectromagneticdamperusedinaninterferometer1.2.3橡胶减振器橡胶减振器重量轻，体积小，可靠性和鲁棒性高，在振动控制领域得到了广泛的应用。而且橡胶本身阻尼高，可以提供更好的能量衰减作用，对于冲击和低频放大也有着更好的抑制作用，并且可以根据需要选择不同的胶料压制出符合刚度的样品。如图1.3是国际空间站开发的微振动橡胶减振器[14]，通过在设备连接处增加了一组上下对称的橡胶垫圈将原有的刚性连接改为柔性连接。即在振源与有效载荷的传播路径中增加一个橡胶减振器，阻碍振动的传播，同时将振动能转化为热能耗散。
中国运载火箭技术研究院硕士学位论文-5-图1.3国际空间站上应用的橡胶隔振垫Fig.1.3RubbervibrationisolationpadsforInternationalSpaceStation类似的还有欧空局METOP气象卫星搭载的干涉仪上使用的橡胶减振装置，该减振装置同时也应用到了第二代静止轨道气象卫星(MTG)的微振动控制系统中[15]。这种橡胶减振器技术成熟，实际使用中又具有灵活多变的可操作性，考虑到微振动所处的空间环境，一般采用硅橡胶来制作。英国Surrey空间中心[16]研制的低扰动轻型控制力矩陀螺上就使用了硅橡胶减振器（图1.4），有效减轻了微振动对光学载荷造成的影响，并通过动态机械热分析（DMA）的方法评估了该材料的在微小动态应变下的动态力学性能。图1.4英国Surrey空间中心研制的硅橡胶隔振器Fig.1.4SiliconerubbervibrationisolatorinventedbySurreySpaceCenter,UK
【参考文献】：
期刊论文
[1]同步辐射光学元件的粘弹性减振方法[J]. 曹刚,李毅,梁好,盛伟繁. 核技术. 2019(12)
[2]有机硅材料在航空工业的应用[J]. 杨杰. 化工设计通讯. 2019(10)
[3]2018年中国高温硅橡胶发展现状及趋势[J]. 孙秋宏,丁莉. 中国石油和化工经济分析. 2019(09)
[4]对高温硫化硅橡胶粘辊影响因素的研究[J]. 吴文娟. 广东化工. 2019(14)
[5]核磁共振法测定苯基硅橡胶的苯基、乙烯基[J]. 李辉,孙志勇,李斌,艾惠,邓卫华,杜华太,孙国华,马卫东. 化学分析计量. 2019(04)
[6]高撕裂强度硅橡胶研究进展[J]. 袁坤山,刘黎明,曹文瑞,鲁守涛,张海军. 合成橡胶工业. 2019(04)
[7]不同硫化体系天然橡胶阻尼减震材料的硫化动力学及性能研究[J]. 张晓林,梁栋,赵树高. 橡胶工业. 2018(08)
[8]白炭黑表面特性及用量对苯基硅橡胶高频动态力学性能的影响[J]. 鲁俊良,芦艾,魏世林,孙素明,王宪忠,余凤湄. 功能材料. 2018(04)
[9]苯基硅橡胶性能的研究进展[J]. 孙全吉,黄艳华,吴娜,范召东,刘嘉. 有机硅材料. 2018(01)
[10]高灵敏度空间光学载荷在轨微振动隔振系统设计与验证[J]. 范斌,段鹏飞,于起峰. 航天返回与遥感. 2017(04)
博士论文
[1]航天器飞轮系统微振动特性及隔振方法研究[D]. 罗青.国防科学技术大学 2014
硕士论文
[1]苯基硅橡胶泡沫材料的制备及阻尼性能研究[D]. 胡洋.西南科技大学 2019
[2]高阻尼硅橡胶复合材料的制备与性能研究[D]. 陈根宝.华南理工大学 2016
[3]高温硫化硅橡胶耐热性能的研究[D]. 王岩韬.天津大学 2008
本文编号：3543002
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3543002.html
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