某慣性平臺用阻尼減振器的設計

陳平 李詩成 王建月 陳風波

摘?要：本文采用阻尼減振技術對慣性平臺進行減振緩沖處理，根據其安裝空間和連接方式，選用高性能硅橡膠阻尼材料，設計了一種橡膠-金屬減振器結構形式，經試驗驗證表明減振器具有良好的減振緩沖效果，有效改善了慣性平臺的載荷環境。

關鍵詞：慣性平臺;動載荷;阻尼;減振;緩沖

1 緒論

隨著對導彈制導精度要求的不斷提高，在惡劣的振動和沖擊環境下，需要實施必要的減振措施以保證制導系統慣性平臺的動力學環境和穩定性。以粘彈性阻尼材料為基礎的阻尼減振技術得到了長足的發展，為解決多共振峰振動控制問題提供了一條經濟而有效的途徑。某慣性平臺受空間和重量嚴格限制，在工作過程中承受非常惡劣的隨機振動和沖擊動態載荷，在一定寬頻范圍內結構振動響應放大，導致其精度和可靠性難以保證。本文采用阻尼減振技術對其進行減振緩沖處理，根據其安裝空間和連接方式，設計了一種橡膠-金屬減振器結構形式，選用高性能硅橡膠阻尼材料，并進行了試驗驗證，結果表明具有良好的減振緩沖效果，有效改善了慣性平臺的載荷環境。

2 減振器的主要技術要求和研制難點

根據平臺工作環境，在滿足安裝尺寸的前提下，慣性平臺在安裝減振器后需滿足如下技術要求：（1）慣性平臺在承受均方根加速度值為10.9g的振動載荷條件下，減振后設備三個方向的諧振頻率30±3Hz，諧振點放大倍數不大于4，減振效率大于60%;（2）每套產品的任何兩向諧振頻率相差≤3Hz;（3）每套產品的四個減振器在相同方向上的諧振頻率相差不大于2Hz;（4）常溫下承受加速度峰值15g、持續時間為11ms的半正弦沖擊載荷，處理后設備的響應放大倍數不大于2。

從上述技術指標可以看出，對減振器的減振效率和諧振放大倍數要求苛刻，需要合理進行減振器結構設計，兼顧減振和緩沖要求，并且選用阻尼性能優、耐溫度環境性能好的阻尼材料。

3 阻尼減振設計

3.1 結構設計

橡膠-金屬減振器結構簡單、使用方便，已廣泛應用于我國多種航天產品，其結構形式如下圖所示。每件減振器由1件限位襯套、1件支撐板和1件法蘭帽等金屬件與阻尼材料整體硫化成型而成。金屬法蘭帽和限位襯套起到限位和安裝連接的作用。

3.2 阻尼材料篩選

硅橡膠具有很好的耐溫度性，航天材料及工藝研究所ZN系列硅橡膠已大量應用在型號減振器上，具有阻尼性能適中、溫度適應性好、耐老化性能優異的特點。

表1為三種牌號阻尼材料、性能及制備成減振器樣件后進行隨機振動試驗測試結果。可以看出，只有ZN-41牌號的減振器的諧振頻率32.5Hz滿足27～33Hz的技術指標要求。綜合考慮所有性能參數指標，阻尼材料確定選取ZN-41。

4 減振器靜態壓縮試驗

由于單個減振器進行振動試驗難度較大，為保證每套產品的四個減振器在相同方向上的諧振頻率相差不大于2Hz，對減振器進行了靜態變形試驗。減振器靜態變形曲線相近，則它們的剛度也相近，諧振頻率會比較一致。因此可以根據靜態變形量來控制減振器諧振頻率的一致性，從而保證平臺的角位移，達到平臺使用精度要求。減振器靜變形測試完后，按照靜變形值由小到大的順序進行排序編號，相近的4個減振器組成一組，每套平臺的4個減振器變形值差別不大于0.05mm，為一套平臺使用。

5 減振器試驗考核

根據減振器結構設計和材料篩選結果，制備相應減振器樣件，并按設計要求進行隨機振動、沖擊試驗驗證。

5.1 正弦掃描振動試驗

為考核減振器固有諧振頻率和諧振點放大倍數的固有特性，進行頻率范圍為10-2000Hz、加速度為3g的正弦掃描振動試驗。表2試驗結果顯示，三個方向頻率約為30Hz，滿足27～33Hz的技術指標要求，滿足三個方向并且比較一致，滿足任意兩個方向諧振頻率不超過3Hz的技術要求，表明結構設計比較合理。

5.2 隨機振動試驗

為考核減振器的減振效率，進行了總均方跟加速度值為109g的隨機振動試驗。表2試驗結果顯示，三個方向的減振效率均大于60%，表明減振器具有非常優異的振動能量衰減特性。

5.3 沖擊試驗

按加速度為15g、持續時間為11ms的半正弦沖擊條件進行試驗，表2試驗結果看出，經阻尼減振處理后，三個方向的沖擊放大倍數均較小，滿足不大于2的技術指標設計要求，平臺的性能滿足使用要求。

6 結論

通過合理設計減振器結構和選用阻尼材料，設計的橡膠-金屬減振器性能良好，具有近三向等頻率、諧振放大倍數低和寬頻內減振效率高等特點。試驗結果表明減振效果達到了技術指標，減振器可以用于改善慣性平臺的動態載荷環境，提高制導精度。

參考文獻：

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