带柔性太阳翼的航天器多刚柔体耦合动力学与控制研究
发布时间：2021-07-30 04:44
为保证能量的最大转化利用率,航天器在轨运行的同时要实现太阳翼的对日定向,以使太阳翼时刻保持最大面积朝向太阳。安装有大型柔性太阳翼的航天器是典型的多刚柔体耦合系统,太阳翼的转动势必会引起航天器的姿态运动。如何在太阳翼对日定向的过程中维持航天器的姿态稳定是一个迫切需要解决的问题。因此,发展柔性航天器多刚柔体耦合动力学建模方法,在此基础上开展姿态运动、帆板驱动与结构线性振动的耦合关系研究,具有重要的理论指导意义和工程实用价值。本文以安装有横向柔性太阳翼的航天器为研究对象,基于全局模态思想,以解析求解和数值仿真为手段,获取了系统解析的多刚柔体耦合模态。以此为基础,分析系统的动力学特性、多刚柔体耦合模态特性以及系统在不同形式激励下的响应。根据数值仿真结果的分析和对比,所建立的解析模型具有较高的精确性,所提出的控制方法具有一定的工程可行性。具体的研究内容如下:针对刚性转轴与太阳翼组成的“中心刚体-柔性梁”系统,采用哈密顿原理建立考虑动力刚化现象的完整刚柔耦合动力学方程。依据全局模态的思想获取线性化系统的固有频率和模态振型,并根据模态的正交性条件实现刚柔耦合系统的动力学解耦,得到了刚体运动与各阶模态...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
装有侧向展开太阳翼的航天器[1]
第 1 章 绪 论.2.1 装有横向太阳翼的航天器国内外研究现状当前大多数装有太阳能电池阵的航天器，其太阳翼的安装方向是从中心起始向着两翼方向展开[2]。一些航天器的太阳翼与星体本身不能有相对，典型的有风云一号极轨道气象卫星，如图 1-3(a)所示。其对日定向需由器调节自身姿态来实现，这不利于其他有效载荷的正常工作，如姿态敏感定位会出现偏差。另一些航天器的太阳翼与星体本身通过转轴连接，典型娥二号卫星[4]，如图 1-3(b)所示。其对日定向工作时可以通过转轴驱动太绕轴线旋转。
当前大多数装有太阳能电池阵的航天器，其太阳翼的安装方向是从中心刚体起始向着两翼方向展开[2]。一些航天器的太阳翼与星体本身不能有相对转动，典型的有风云一号极轨道气象卫星，如图 1-3(a)所示。其对日定向需由航天器调节自身姿态来实现，这不利于其他有效载荷的正常工作，如姿态敏感器的定位会出现偏差。另一些航天器的太阳翼与星体本身通过转轴连接，典型如嫦娥二号卫星[4]，如图 1-3(b)所示。其对日定向工作时可以通过转轴驱动太阳翼绕轴线旋转。(a) (b)图 1-3 装有向两翼延展太阳翼的航天器Fig.1-3 Spacecraft with solar arrays extending to both sides(a) 风云一号气象卫星；(b) 嫦娥二号卫星[4](a) FENGYUN Meteorological Satellite; (b) Chang’E II[4]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Rigid-flexible coupling dynamic modeling and vibration control for flexible spacecraft based on its global analytical modes[J]. LIU Lun,CAO DengQing,WEI Jin. Science China（Technological Sciences）. 2019(04)
[2]航天器太阳电池阵驱动装置的新进展[J]. 王友平,苗新. 导航与控制. 2018(05)
[3]大型柔性航天器动力学与振动控制研究进展[J]. 曹登庆,白坤朝,丁虎,周徐斌,潘忠文,陈立群,詹世革. 力学学报. 2019(01)
[4]大型卫星太阳能帆板的分布式振动控制[J]. 王恩美,邬树楠,王晓明,吴志刚. 航空学报. 2018(01)
[5]基于输入成形的太阳能帆板自适应滑模控制[J]. 周通,郭宏,徐金全. 北京航空航天大学学报. 2018(04)
[6]太阳能电池阵驱动系统动力学特性参数影响分析[J]. 朱仕尧,雷勇军,武新峰,张大鹏. 振动工程学报. 2015(02)
[7]刚柔耦合多体系统动力学模型降阶[J]. 孙东阳,陈国平. 振动工程学报. 2014(05)
[8]太阳能电池阵跟踪驱动过程扰振特性分析[J]. 朱仕尧,谢燕,雷勇军. 国防科技大学学报. 2014(01)
[9]Singular formalism and admissible control of spacecraft with rotating flexible solar array[J]. Lu Dongning,Liu Yiwu. Chinese Journal of Aeronautics. 2014(01)
[10]大型网架式可展开空间结构的非线性动力学与控制[J]. 胡海岩,田强,张伟,金栋平,胡更开,宋燕平. 力学进展. 2013(04)
硕士论文
[1]大型太阳帆板展开与对日定向过程碰撞动力学研究[D]. 申庆雷.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3310718
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
装有侧向展开太阳翼的航天器[1]
第 1 章 绪 论.2.1 装有横向太阳翼的航天器国内外研究现状当前大多数装有太阳能电池阵的航天器，其太阳翼的安装方向是从中心起始向着两翼方向展开[2]。一些航天器的太阳翼与星体本身不能有相对，典型的有风云一号极轨道气象卫星，如图 1-3(a)所示。其对日定向需由器调节自身姿态来实现，这不利于其他有效载荷的正常工作，如姿态敏感定位会出现偏差。另一些航天器的太阳翼与星体本身通过转轴连接，典型娥二号卫星[4]，如图 1-3(b)所示。其对日定向工作时可以通过转轴驱动太绕轴线旋转。
当前大多数装有太阳能电池阵的航天器，其太阳翼的安装方向是从中心刚体起始向着两翼方向展开[2]。一些航天器的太阳翼与星体本身不能有相对转动，典型的有风云一号极轨道气象卫星，如图 1-3(a)所示。其对日定向需由航天器调节自身姿态来实现，这不利于其他有效载荷的正常工作，如姿态敏感器的定位会出现偏差。另一些航天器的太阳翼与星体本身通过转轴连接，典型如嫦娥二号卫星[4]，如图 1-3(b)所示。其对日定向工作时可以通过转轴驱动太阳翼绕轴线旋转。(a) (b)图 1-3 装有向两翼延展太阳翼的航天器Fig.1-3 Spacecraft with solar arrays extending to both sides(a) 风云一号气象卫星；(b) 嫦娥二号卫星[4](a) FENGYUN Meteorological Satellite; (b) Chang’E II[4]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Rigid-flexible coupling dynamic modeling and vibration control for flexible spacecraft based on its global analytical modes[J]. LIU Lun,CAO DengQing,WEI Jin. Science China（Technological Sciences）. 2019(04)
[2]航天器太阳电池阵驱动装置的新进展[J]. 王友平,苗新. 导航与控制. 2018(05)
[3]大型柔性航天器动力学与振动控制研究进展[J]. 曹登庆,白坤朝,丁虎,周徐斌,潘忠文,陈立群,詹世革. 力学学报. 2019(01)
[4]大型卫星太阳能帆板的分布式振动控制[J]. 王恩美,邬树楠,王晓明,吴志刚. 航空学报. 2018(01)
[5]基于输入成形的太阳能帆板自适应滑模控制[J]. 周通,郭宏,徐金全. 北京航空航天大学学报. 2018(04)
[6]太阳能电池阵驱动系统动力学特性参数影响分析[J]. 朱仕尧,雷勇军,武新峰,张大鹏. 振动工程学报. 2015(02)
[7]刚柔耦合多体系统动力学模型降阶[J]. 孙东阳,陈国平. 振动工程学报. 2014(05)
[8]太阳能电池阵跟踪驱动过程扰振特性分析[J]. 朱仕尧,谢燕,雷勇军. 国防科技大学学报. 2014(01)
[9]Singular formalism and admissible control of spacecraft with rotating flexible solar array[J]. Lu Dongning,Liu Yiwu. Chinese Journal of Aeronautics. 2014(01)
[10]大型网架式可展开空间结构的非线性动力学与控制[J]. 胡海岩,田强,张伟,金栋平,胡更开,宋燕平. 力学进展. 2013(04)
硕士论文
[1]大型太阳帆板展开与对日定向过程碰撞动力学研究[D]. 申庆雷.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3310718
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3310718.html
