某太阳翼结构对接工况拍振机理研究

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太阳翼是航天器能量的接收装置,其主要功能是将太阳能转化为电能,从而保证航天器持续正常工作。太阳翼结构由于受到发射重量的限制以及展开方式的要求,一般具有跨度大、质量轻、刚度低、阻尼弱等特点,导致太阳翼结构表现出频率低、模态密集等结构动力学特征,这些结构特征决定了振动的复杂性,所以太阳翼的振动一旦被激起,便很难自行消减。拍振是一种特殊的周期性振动,它会使太阳翼产生疲劳破坏,减少使用寿命,降低发电效率,影响航天器姿态的定向精度和稳定度。因此,有必要对太阳翼产生的拍振现象进行抑制,本文主要目的是分析太阳翼结构在航天器与空间站对接时产生拍振现象的原因,并降低拍振对太阳翼的影响,主要内容如下:首先,根据某空间站太阳翼结构的动力学特征,使用Hypermesh软件建立太阳翼有限元简化模型;其次,使用Abaqus软件对太阳翼有限元简化模型分别进行静力分析、模态分析以及动力学分析,发现太阳翼抬升机构和柔性电池阵面上存在拍振现象;最后,使用Matlab软件编写快速傅里叶变换程序,对拍振的时域数据进行频域分析。通过以上分析,再根据拍振评价方法,并与太阳翼有限元模型前30阶模态对比,得出以下结论:太阳翼柔性电池阵面Y方向位移产生拍振现象的原因是由于太阳翼25阶和26阶模态叠加而成;太阳翼抬升机构Z方向位移产生拍振现象的原因是由于太阳翼15阶和18阶模态叠加而成;太阳翼抬升机构Y方向位移产生多源拍振现象的原因是由于太阳翼14阶、15阶以及18阶模态叠加而成。为减弱太阳翼结构的拍振现象,采用控制变量法,探究太阳翼结构参数对拍振现象的影响,针对于太阳翼阵面产生的拍振现象:主要研究张紧绳索的预紧力、太阳翼结构的模态阻尼、均载机构的弹簧刚度对太阳翼结构拍振现象的影响,结果表明:增加模态阻尼可以消除拍振现象;增加预紧力,只会使拍振现象减弱,并不能消除;而均载机构的弹簧刚度对太阳翼阵面的拍振现象几乎无影响。因此,在设计张紧绳索时,在允许范围内尽量增大预紧力,并且适当的增加结构的模态阻尼,这样有利于减弱太阳翼电池阵面拍振现象。针对于太阳翼抬升机构产生的拍振现象:由于抬升机构等效为铁木辛柯梁,所以,主要探究梁截面的参数对太阳翼结构拍振现象的影响,经过分析可得出以下结论:梁截面积增大会减弱抬升机构Z方向的拍振现象;梁惯性矩I11减小会减弱Y方向产生的拍振现象;梁杨氏模量增大会减弱抬升机构Y方向和Z方向产生的拍振现象,因此,在设计梁结构时,在允许范围内,可以适当的增大梁的截面积和杨氏模量、减小惯性矩I11,这样有利于减弱太阳翼抬升机构的拍振现象。
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