利用阻尼技术改善反射镜组件动态性能

　　0　引言

　　反射镜支撑结构是反射镜组件中非常重要的环节，其性能的好坏直接影响到反射镜的面形精度。空间光学遥感器处在失重、温度变化剧烈的空间环境中，在这种情况下，反射镜及其支撑结构的重力释放及温度变化均可能导致面形发生较大变化，影响成像质量。为了解决这一问题，通常将反射镜支撑设计成柔性支撑，这样当结构中出现不均匀变形时，大部分变形将被柔性结构承受，从而保证反射镜的面形精度。

　　目前，研究得较多的反射镜柔性支撑主要有两种：一种是采用柔性结构提供柔性，如柔性槽、弹簧片等[1—4];另一种是通过自由度释放的方式提供柔性，如球铰支撑[5]。相比而言，第一种方法更为普及。采用柔性支撑结构后，反射镜的面形会得到改善，但也会降低结构的固有频率，从而削弱了结构抵抗环境振动的能力。而且柔性部位在振动时的变形位移和应力较大，会威胁到结构的安全[6]。这些问题均需要进一步研究。

　　阻尼技术是一种有效的振动控制技术，该技术具有结构简单，附加质量小，适用频率范围宽，稳定性好等优点[7]。这些优点使其非常适合应用在空间设备减振方面。目前，已有研究人员采用阻尼技术进行卫星整星的振动控制[8，9]，相关研究成果已经得到了成功应用[9]。该技术也可应用于卫星局部及星载设备的振动控制，如卫星飞轮[10]及遥感器扫描镜[11]等。但是，到目前为止，此类技术在反射镜组件振动控制方面的研究尚未见到。鉴于此，本文开展了利用阻尼技术改善反射镜支撑结构动态性能的研究，通过理论分析和有限元仿真，研究了阻尼技术在该领域的适用性及减振潜力，为进一步的工程应用奠定了基础。

　　1　理论分析

　　本文主要研究反射镜及其支撑组件的动力学特性，但是由于遥感器整机为多自由度振动系统，组件动力学特性的改变也将引起整体性能改变。因此在研究中要将遥感器作为整体来考虑。基于此，本文采用图1所示的两自由度模型来进行理论研究。图中位于上部的单自由度结构模拟的是反射镜组件，包括镜体及支撑机构。镜体的刚性较大，采用刚性质量块模拟。支撑机构采用弹簧、阻尼单元模拟。阻尼元件放置在该部分。图中下部的单自由度结构模拟的是除反射镜组件之外的机身组件，该组件弹性地安装在卫星平台的安装面上。卫星平台的

　　振动通过安装面传递给遥感器。图1中各参数的物理意义如下：m1为反射镜质量;k1度;c1为支撑组件的阻尼;Δc为在支撑组件中增加的阻尼，设Δc=λc1;m2为机身质量;k2为遥感器的安装刚度;c2为遥感器的安装阻尼;x1为反射镜的振动位移;x2为机身的振动位移;u为安装面振动位移。