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太阳能电池帆板的频率优化设计

发布时间:2018-04-21 02:00

  本文选题:太阳能电池帆板 + 固有频率 ; 参考:《吉林大学》2016年硕士论文


【摘要】:太阳能电池阵是为在太空中运行的航天器提供能量来源的挠性结构。随着卫星技术的不断发展,太阳能电池阵的构造形式也在不断的变化。现在使用最广泛的太阳能电池阵结构是折叠式的太阳能电池帆板结构。对太阳能电池帆板的要求一般有以下几个方面:太阳能电池帆板的整体构型要求、太阳能电池帆板的质量要求,还有太阳能电池帆板的刚度要求、强度要求等。而太阳能电池帆板的刚度要求一般是对于它固有频率的要求,以保证航天器在太空中运行时不发生动力耦合现象,从而给航天器造成损坏。因此太阳能电池帆板的频率优化设计具有重要的意义。现在对于结构的频率优化设计主要有以下两个方面:基于频率约束,以质量为目标的优化设计;基于质量或体积约束,以固有频率为目标的优化设计。三维连续体结构的频率优化设计是现如今结构优化设计中的热点问题。Niels Olhoff等人于2012年提出了一种频率带宽极大化的优化设计方法,本文正是基于这种方法对于单侧固支的太阳能电池帆板进行了优化设计。本文的主要工作:(1)由于小卫星星体的整体性要求,我们对于直接安装在星体表面(单侧固支)的太阳能电池帆板以4、5阶固有频率之间的频率带宽极大化为目标,以太阳能电池帆板原体积的三分之二为约束,使用Niels Olhoff等人推出的频率带宽极大化优化设计方法,对于太阳能电池帆板进行了优化设计,得到了其优化模型图;(2)根据组成太阳能电池帆板的基板的主要形状和得到的优化模型图确定了组成太阳能电池帆板的基板的形状、数量和基板间铰链的连接刚度,建立了太阳能电池帆板的简化模型,并对于模型进行了模态分析,确认了设计的合理性;(3)分别得出了添加加强框、基板间铰链的数量、铰链的位置、铰链的拉伸与弯曲刚度、约束端基板的蜂窝内芯厚度与板的厚度、自由端蜂窝内芯厚度与板的厚度、中间板的蜂窝内芯厚度与板的厚度、还有添加前端连接架、连接架的刚度、连接架的拓扑形状、连接架的纵向长度这些情况对于模型各阶固有频率影响的结论,这些结论能为太阳能电池帆板的频率优化设计提供一定的借鉴意义。
[Abstract]:Solar cell arrays are flexible structures that provide a source of energy for spacecraft operating in space. With the development of satellite technology, the structure of solar cell array is constantly changing. The most widely used solar cell array is the foldable solar panel structure. The requirements of solar cell panels are as follows: the overall configuration of solar cell panels, the quality requirements of solar cell panels, the stiffness requirements of solar cell panels, the strength requirements and so on. However, the stiffness requirement of solar panels is generally the requirement of its natural frequency to ensure that the spacecraft does not have dynamic coupling when it is running in space, thus causing damage to the spacecraft. Therefore, it is of great significance to optimize the frequency of solar panels. At present, there are two main aspects in the frequency optimization design of the structure: the optimal design based on the frequency constraint, with the quality as the objective, and the optimal design with the natural frequency as the objective based on the quality or volume constraints. The frequency optimization design of three-dimensional continuum structure is a hot issue in structural optimization design nowadays. Niels Olhoff et al proposed an optimal design method for maximizing the frequency bandwidth in 2012. Based on this method, the solar panel with one side clamping is optimized in this paper. The main work of this paper is: (1) due to the overall requirement of small satellite stars, we aim at maximizing the frequency bandwidth between the natural frequencies of 4 ~ 5 order for solar cell panels directly mounted on the surface of the stars (unilateral clamping). With the restriction of 2/3 of the original volume of solar panels, the optimal design method of frequency bandwidth maximization developed by Niels Olhoff et al is used to optimize the design of solar panels. According to the main shape of the substrate and the optimized model diagram, the shape, quantity and joint stiffness of the base plate are determined. The simplified model of solar cell panel is established, and the modal analysis of the model is carried out, and the rationality of the design is confirmed. (3) the added frame, the number of hinges between the substrates, the position of the hinge, the tensile and bending stiffness of the hinge are obtained, respectively. The thickness of honeycomb core and plate, the thickness of honeycomb core and plate of free end honeycomb, the thickness of honeycomb core and plate of intermediate plate, the addition of front end connecting frame, stiffness of connection frame, topological shape of connecting frame, The conclusions of the influence of the longitudinal length of the connecting frame on the natural frequencies of each order of the model can be used for reference for the optimum design of the solar cell panel frequency.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:V442

【参考文献】

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本文编号:1780414

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