六维扰动力模拟器结构设计及仿真实验研究

发布时间：2020-09-11 18:09

　　随着空间技术的迅速发展,空间光学载荷对地观测时的成像质量不断提高,但空间飞行器上的多种活动部件,如反作用飞轮、制冷压缩机、太阳帆板转动机构、控制力矩陀螺等,都会产生微振动。这些微振动具有频带分布宽、幅值小、振动多向、形式复杂等特点,易对空间飞行器上光学遥感器的成像质量造成严重的影响。因此,为了进一步提高空间遥感器的观测性能,必须开展空间遥感器对卫星平台微振动环境适应性方面的研究工作,进而研究出相应的技术策略,克服或削弱微振动对空间遥感器成像质量的不利影响,提高观测精度。本文针对实际工程需求,自主设计了一种空间六维扰动力模拟器,该模拟器能复现具有不同频谱特性的多维微振动,具有重大意义。论文的主要研究内容如下:首先,研究了空间微振动的特点,介绍了国内外微振动关键技术,特别是微振动地面模拟技术的研究现状。其次,建立了单轴激励器及模拟器整机的理论模型,得到了模拟器产生的扰动力及力矩与单轴激励器激励力之间的传递矩阵,并根据调研结果及理论模型确定了本文所设计的六维扰动力模拟器的各项设计指标。再次,完成了单轴激励器的结构设计,并对单轴激励器进行了模态分析及频响分析工作。单轴激励器模态分析结果满足设计指标,频响分析的结果验证了激励器理论模型的正确性。完成了激励器原理样机的出图、加工及装调。搭建实验平台,对单轴激励器进行了基频测试实验,实验结果与仿真分析误差较大,并在实验频谱曲线中发现了激励器双基频的现象,通过分析实验结果及仿真过程,发现激励器结构上存在的问题,进而对单轴激励器进行了结构改进工作。完成了新单轴激励器的模态分析工作,仿真结果满足设计要求。进行了新单轴激励器的弹簧刚度测试,实验结果表明,实际测试结果与有限元分析误差仅为2.3%,对新单轴激励器进行了基频实验测试,测试结果与仿真分析结果误差为2.1%,从而验证了新结构的正确性。最后,根据模拟器整机的理论模型及本文的设计指标完成了六维扰动力模拟器整机的结构设计。进行了模拟器整机的模态分析,分析结果满足设计要求。完成了模拟器整机的频响分析工作,分析结果与理论建模结果吻合,各方向扰动力最大误差为2.13%,各方向扰动力矩最大误差为2.65%,验证了理论公式的正确性。搭建实验平台,对六维扰动力模拟器进行性能测试。实验表明该模拟器可实现六维扰动力的输出。将实验结果与理论建模结果进行对比,由对比结果可知,各方向扰动力及力矩最大误差值都在5%以内,验证了模拟器理论及结构的正确性、功能的可行性。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V416.8

【相似文献】