空间望远镜层合材料镜片展开过程非线性动力学行为分析

发布时间：2021-07-10 06:02

　　为了研究空间望远镜柔性子镜展开过程对镜片型面精度和望远镜系统的扰动问题,以花瓣式可展开空间望远镜抛物层合镜片为研究对象,基于绝对节点坐标法,采用考虑初始形态曲率的曲壳单元对镜片的形变位移进行描述,表征了层合镜片几何非线性关系与材料非线性关系下的应变和应力关系。利用虚功原理推导了傍瓣子镜展开过程的耦合动力学方程,考虑了镜片弹性变形与大范围运动的耦合作用。针对使用的曲壳单元和传统建模方式,分别对镜片展开过程进行仿真分析,结果表明使用绝对节点坐标法更有利于描述柔性体大变形与大范围运动的耦合,壳单元在描述曲壳结构时更加精确。铰链驱动力矩能够激发镜片的振荡,特别是在多镜片同时展开时,多柔体的耦合作用会严重影响镜面的型面精度,进而扰动卫星本体的姿态。结论对空间望远镜的镜面精度和姿态精度的分析与控制具有理论价值和工程实际意义。 

【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(02)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

傍瓣子镜边缘中心点(B11)形

傍瓣子镜边缘侧边界点(B12)

图1是花瓣式可展开主镜结构示意图,含有一个中心子镜和多个傍瓣子镜,傍瓣子镜在发射前交叉折叠在中心子镜的前后两边,升空后傍瓣子镜沿中心子镜的边沿展开,形成完整的主镜[18],中心子镜中部留有通光孔。组成主镜的各镜片可视为抛物薄壳的一部分,使用绝对节点坐标法对其进行弹性变形描述。如图2所示,在t=t0时,柔性镜片在空间中占据的区域为B0,其上一点P0在全局坐标X-Y-Z下的位置矢量为r0。随着时间t的变化镜片发生运动,本身也产生形变,此时其在空间中占据新的区域B,其上一点P0到达新位置P,位置矢量为r。P0与其临近的一点Q0间的距离用dl0表示,变形后的P与Q两点之间的距离为dl。

【参考文献】：
期刊论文
[1]大口径空间主反射镜拼接化结构技术综述[J]. 李旭鹏,石进峰,王炜,王永杰,樊学武.  激光与光电子学进展. 2018(03)
[2]空间反射镜新材料研究进展[J]. 王永杰,解永杰,马臻,许亮,丁蛟腾.  材料导报. 2016(07)
[3]空间薄膜衍射望远镜展开结构设计与分析[J]. 郑耀辉,阮萍,曹尚.  红外与激光工程. 2016(01)
[4]航天器薄壳柔性附件展开耦合行为特性研究[J]. 游斌弟,温建民,张广玉,赵阳.  宇航学报. 2015(06)
[5]空间大口径望远镜稳像系统发展现状及趋势[J]. 曹小涛,孙天宇,赵运隆,王栋,郭权锋.  中国光学. 2014(05)
[6]空间大口径光学望远镜可展开主镜动力学建模研究[J]. 刘钦鹏,段宝岩,杨东武.  电子机械工程. 2006(02)
[7]基于虚拟样机技术的柔性可展开主镜动力学分析[J]. 刘钦鹏,杨东武.  电子科技. 2006(03)
[8]空间大口径望远镜可展开镜片系统的概念设计[J]. 王翔,张广宇,初昶波,胡玉禧,马德盛.  机械设计与研究. 2004(06)
[9]碳纤维增强复合材料反射镜的刚度分析[J]. 初昶波,周绍祥.  光子学报. 2004(02)



本文编号：3275337