航天器铰接太阳能电池阵动力学特性分析

发布时间：2020-06-27 08:32

【摘要】：现代航天器通常都安装有太阳能电池,为航天器日常工作提供所需要的能量。由于发射与运输装置的限制,航天器太阳能电池通常被设计成多板铰接的可折叠形式。这样的太阳能电池阵往往具有质量轻、跨度大、刚度低等特点,其动力学特性表现为频率低、模态密集等。本文主要是以双向铰接的太阳能电池阵为研究对象,利用基于能量原理的瑞利-里兹法分析其动力学特性。首先建立了双向铰接太阳能电池阵的能量方程,引入拉格朗日乘子来描述结构的内部位移匹配条件和外部边界条件,通过瑞利-里兹法推导了结构的频率方程。通过具体算例,利用数值方法计算出结构的固有频率和较低自由度的解析形式的模态函数,并且数值仿真结果进行对比,验证方法的正确性。对结果分析可知,当模态函数截断阶数越高时,结果与数值仿真结果越接近,证明了计算方法的收敛性。同时,解析形式的模态函数可以描述结构的弯扭耦合振型,并且为结构如非线性振动以及控制器的设计等动力学分析提供有利条件,不仅如此,这种计算方法同样不受板与板之间铰链数量和铰链位置的限制。通过改变铰链刚度来改变结构的固有特性,分析可知,铰链刚度仅仅会对双向铰接太阳能电池阵的前6阶固有频率产生影响,不会影响结构其他高阶固有频率。同样,计算分析可知板自身的抗弯刚度仅仅会改变结构的高阶频率,不会影响结构的低阶频率。分析1阶振型,计算得出提高结构基频最有效的办法是提高左端铰链的刚度。在结构第4、5、6块板上加载集中质量,对结构频率和模态进行重排,计算分析说明,当集中质量均匀的加载到上述三块板上时,对结构频率和模态的重新排列分布具有良好的效果。最后分析了结构在热环境中固有频率的变化规律,计算分析说明,温度的改变对结构低阶频率会产生较大的影响,而高阶频率则基本不会受温度的影响而改变。但总体来讲,温度升高会使结构膨胀,刚度变小,降低结构的固有频率。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
【图文】：

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第 1 章绪论的背景及研究意义纪 50 年代，苏联科学家将世界上第一颗人造地球卫星送进入太空的新时代。经过半个多世纪的发展，曾经应用要发射的各类航天器数不胜数。航天器是在外层空间基本行并执行特定任务的飞行器。自航天器诞生的那一天开研制过程中必须要关注的。随着人类对航天器功能要求的熟，航天器的结构越来越复杂化，其柔性附件（如太阳来越大型化，这对航天器本身的结构动力学与控制基础理。

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有到达设计任务书的需求。就连国际著名的“哈勃望远镜”的热变形而产生了弹性振动，导致卫星的姿态稳定度不能达低成相质量。其实由于太阳能电池阵的结构振动而影响航数不胜数。所以，综合以上各个方面来看，对航天器太阳能学分析是十分必要的。器太阳能电池阵的分类式太阳能电池阵结构年 3 月 17 日，第一个使用太阳能电池技术的航天器是美国星“Vanguard Ⅰ”，见图 1-2 所示。“Vanguard Ⅰ”航天器的块镶嵌在航天器星体表面的面板组成，其提供的总能量不到能量非常有限，但是“Vanguard Ⅰ”航天器的太阳能电池技具有指导意义。a) b)

【参考文献】