李海连，贾诚心，韩建超，姜生元，李建永，高兴华，王明旭

(1.北华大学机械工程学院，吉林 吉林 132021；2.北京卫星制造厂有限公司，北京 100094；3.哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

随着我国航天事业的不断发展，构建安全、高效的卫星运输系统显得格外重要.运输过程中，包装箱体不可避免地产生振动，当振动频率与卫星的固有频率接近时，则可能因共振造成卫星损坏[1-4].因此，具有良好减振性能的装载台成为提高卫星运输效率与可靠性的关键.本文根据卫星运输的固定与减振要求，提出双层结构装载台模型：下层台架提供与包装箱体的接口，上层台架与运输产品的保持架连接，上、下台架之间安装减振器，用以衰减运输过程中高于某个频率的振动载荷传递，达到减振的目的[5-7].减振器选用航天领域常用的钢丝绳拱形减振器，设计兼容3种卫星运输的弹簧布置形式，通过扫频分析极端工况下的减振性能，利用模拟负载全流程运输测试验证装载台的操作性、转运灵活性及减振性能.

1 卫星运输包装箱与装载台总体设计

图1 卫星运输包装箱整体布局Fig.1The overall layout of satellite transport container

图2 装载台结构Fig.2Structure of loading platform

图3 减振器Fig.3Shock absorber

卫星运输包装箱与装载台总体布局见图1.包装箱是运输卫星的外包装，箱体底面落于运输车辆上，通过绑带与运输车辆紧固，可为卫星运输提供一个洁净、温湿度可控、氮气保护的密封环境[8-9].包装箱内通过底面的凸台与装载台连接，使装载台在运输过程中保持与包装箱同步.装载台上表面设有卫星连接接口，采用兼容性设计，可为3种型号卫星提供安装接口.

2 装载台结构设计

在卫星运输过程中，装载台主要用于固定卫星、减缓振动、与包装箱底部固定，是保证运输效率与可靠性的关键部件；在装卸卫星过程中，装载台还能起到转运托架的作用，因此，除了要满足减振性外，还应满足方便装配及拆卸操作、整体刚度高于承载产品刚度的要求.装载台由上台架、减振器、下台架、可折叠伸缩腿及导向轮组组成，见图2.

2.1 减振弹簧布置

2.1.1 减振弹簧设计

装载台采用在上、下台架之间安装减振器的方式减振.减振器采用不锈钢丝绳拱形减振器组GGT290-177型隔振器，20组减振器采有矩形布局.减振器结构及尺寸见图3.

装载台的设计需兼顾隔振与抗冲要求.在隔振的同时要保证系统在受到冲击时的稳定性，且隔振器要有足够的能容，保证在受到冲击时不被损坏.参考同类型减振装置的设计参数可知，系统峰值响应频率应在8 Hz左右[10].

1)系统峰值响应频率计算.根据GGT290-177型钢丝绳隔振器垂向静态性能曲线可知，隔振器的单个承载力为1 370 N，静变形约为3.4 mm，此时由试验软件计算出隔振器的静刚度为169 N/mm.系统峰值响应频率

(1)

式中：fn为系统峰值响应频率，Hz；K为隔振器系统总静刚度，2.4×106N/m；a为动刚度系数，取1.5；m为隔振器系统承载总质量，1 565 kg.系统峰值响应频率fn=7.6 Hz，符合设计要求.

2)系统隔振效率计算.系统振动传递率

(2)

式中：x为响应振幅；X0为激励振幅；ζ为阻尼比，取0.15；λ为fi/fn，fi为外激励(干扰)频率.

图4 振动传递率Fig.4Vibration transmissibility

式(2)用图形表示即为图4所示的传递率曲线.

2.1.2 减振弹簧布局

装载台分为两层，其中，上台架安装产品，并装有两个实时监测加速度的传感器，以及一个ShockLog298振动与冲击记录仪，能够监测产品运输全程的振动状态.装载台上、下台架之间通过20个减振器连接，装载不同卫星对应的减振弹簧布置形式有所不同，实际使用时应按照图7布置[11].

1)对于二期I型单星，适合采用12个弹簧方案，弹簧安装于内导轨下，见图5 a；2)对于一期Ⅱ型和一期Ⅲ型单星，适合采用12个弹簧方案，弹簧安装于外导轨下，见图5 b；3)对于二代一期Ⅳ型单星和Ⅴ型单星，适合采用20个弹簧的配置方案，见图5 c.

图5 滑动架车减振器布置Fig.5 Shock absorber of sliding frame

2.2 装载台与包装箱接口设计

滑动架车在包装箱内运输时需要将下台架锁定，锁定的可靠性将影响到整体的减振效果，因此，在滑动架车的下台架上设置了6组锁定点.

1)下台架外侧四角锁定.下台架外侧四角锁定结构见图8.包装箱内设T形支座，该支座与箱体骨架焊接固连，每个锁定点设置3个M16锁紧螺钉，以保证足够的锁紧力.

2)滑动架车进出箱体.装载台在进出包装箱过程中，需要利用水平放置的箱门作为载物平台.然而，箱门尺寸不足以提供全范围的装卸空间，装载台有将近1/3的长度悬空在箱门外侧，状态极不稳定，不能进行产品装卸操作.为此，在装载台出舱侧设置了一对可折叠伸缩支腿，该支腿不使用时可折叠收缩在装载台下台架内；当需要提供支撑时，可转换为垂直地面状态，并可手动控制伸长量使底部脚轮稳定支撑于地面，见图7.

图6四角锁定结构Fig.6Four-corner locking structure图7滑动架车进出箱状态Fig.7State of sliding carriage in and out of packing box

3)可折叠行走轮组结构.可折叠行走轮组结构见图8.通过手柄转动带动锥齿轮组，从而带动丝杠转动.丝杠推动丝母产生直线位移，则伸缩筒进行伸缩动作，实现行走轮升降调节.固定筒的外侧焊接了一对转位轴组件，该组件与架车上的转位轴套相配合，能实现可折叠行走轮组转位动作.

图8 可折叠行走轮组结构Fig.8 Foldable walking wheel structure

3 装载台减振性能分析

装载台的减振性能是影响卫星运输效率与可靠性的关键指标[12-13].利用Nastran软件对装载台上台架进行正弦响应仿真分析.由于二代一期Ⅳ型单星最重，对于装载台的载荷集中也最严重，因此，以Ⅳ型单星为例，按照安装20个弹簧的布置形式，在上台架中框四角处各选取一点进行分析，生成特定点的加速度响应曲线，见图9、10.由仿真结果可见：在卫星安装位置频率大于13 Hz后，传递率都小于0.2，减振效果很明显.

为了进一步验证装载台的操作性、转运灵活性及减振性能，进行了模拟负载下的转运、装车及运输全流程测试，见图11.测试结果表明：加载安装过程操作方便，转运灵活性高，装载台锁定可靠，各级公路运输减振效果均达到预期.

图11 卫星运输减振装载台装车测试Fig.11 Loading test of vibration damping loading platform for satellite transportation

4 小 结

根据3种不同型号卫星运输兼容性要求，综合分析不同产品的质量特性及接口尺寸，设计了一种满足3种载荷布局的装载台，通过更换减振器安装位置来适应运输载荷变化.仿真分析可知：该减振方案有效抑制了振动，振动传递效率小于0.2.运输单位实际运输测试显示，该装载台操作方便、场地转运灵活、减振效果满足设计要求.