星载天线反射器在轨热振动分析及控制

发布时间：2017-08-30 17:05

  本文关键词：星载天线反射器在轨热振动分析及控制

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【摘要】：星载天线工作在地球空间轨道环境中时,由于存在地球阴影的遮挡,在进出轨道阴影区域时,不可避免的会导致外热流的突变进而产生剧烈变化的瞬态温度场,引发热振动现象,而这种热振动会影响天线性能的稳定。本文结合相关的热——结构响应理论,从热静力学和非耦合动力学理论两方面对星载天线展开分析研究。根据热—结构耦合分析理论,本文采用顺序耦合方式,由于这种耦合场分析方式要求模型具有匹配性,而借助I-DEAS脚本语言可有效完成天线结构分析有限元模型和热分析有限元模型之间的重构,达到分析目的。首先使用I-DEAS软件对星载天线进行在轨热分析,得到其温度场；然后借助ANSYS软件将温度场数据加载到天线的结构分析模型中,来进行相应的结构分析。基于热静力学理论,分析了天线一个轨道周期中不同计算位置点的在轨温度场分布以及变形场结果,得出了衡量天线性能的型面RMS值的大小。采用非耦合动力学理论,对星载天线由日照区进入阴影区引发的热振动现象进行了分析,并给出天线的各向振动结果曲线图,研究了其振动规律。基于目前空间结构热振动控制主要采用被动控制的现状,本文提出一种新的采用主动控制的解决思路,并简要介绍其控制理论,最后采用控制程序对天线结构的热振动现象进行有效抑制,给出对其不加控制和施加主动控制后的结果对比图,从而验证这种方法的可行性和有效性。
【关键词】：星载天线 热—结构耦合 热分析 结构分析 热振动 振动控制
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V443.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 星载天线概述9-10
• 1.2 空间环境下的热振动现象10-11
• 1.3 空间结构的热分析研究进展11-13
• 1.3.1 空间结构的相关热分析研究方法11-12
• 1.3.2 空间环境的热分析相关研究进展12-13
• 1.4 星载天线的热分析研究意义13-14
• 1.5 本文的主要工作14-15
• 2 空间环境的热分析理论15-25
• 2.1 空间环境15-17
• 2.1.1 真空15
• 2.1.2 空间低温15
• 2.1.3 微重力15-16
• 2.1.4 空间热源16-17
• 2.2 空间环境中的主要换热方式17-19
• 2.2.1 热辐射17-18
• 2.2.2 辐射角系数18-19
• 2.2.3 热传导19
• 2.3 热分析有限元法19-22
• 2.3.1 热分析的控制方程19-20
• 2.3.2 热分析过程的有限元推导20-22
• 2.4 空间轨道热分析22-25
• 2.4.1 轨道参数22-23
• 2.4.2 星载天线温度场计算理论23-25
• 3 星载天线的在轨温度场及热变形的计算25-45
• 3.1 空间轨道热分析软件25-26
• 3.2 导热建模26-27
• 3.2.1 单元CG导热法26-27
• 3.2.2 单元中心导热计算方法27
• 3.3 辐射建模27-29
• 3.3.1 阴影检测28
• 3.3.2 误差判据28
• 3.3.3 辐射传热28-29
• 3.3.4 辐射单元29
• 3.4 热控涂层29-30
• 3.5 热——结构耦合分析30-36
• 3.5.1 热应力与热变形30-32
• 3.5.2 星载天线的热——结构耦合关系32-33
• 3.5.3 星载天线模型及太空热源假设33-34
• 3.5.4 有限元模型重构34-36
• 3.6 结果分析36-45
• 3.6.1 星载天线温度场结果分析37-41
• 3.6.2 星载天线热变形结果分析41-45
• 4 星载天线的热振动分析45-55
• 4.1 热振动理论45-49
• 4.1.1 热弹性动力学方程46
• 4.1.2 考虑变形时的热传导方程46
• 4.1.3 热弹性耦合46-47
• 4.1.4 边界耦合47-48
• 4.1.5 热振动分析的理论模型48-49
• 4.2 星载天线的在轨热振动49-55
• 4.2.1 星载天线由日照区进入阴影区的温度场分析50-52
• 4.2.2 星载天线的热振动响应分析52-55
• 5 星载天线热振动现象的主动控制研究55-67
• 5.1 模型预测控制(MPC)55-58
• 5.2 新型快速模型预测控制(NFMPC)58-63
• 5.2.1 Newmark-β法的显式表达形式58-61
• 5.2.2 NFMPC的实施机理61-63
• 5.3 星载天线热振动的主动控制63-67
• 5.3.1 NFMPC法在星载天线热振动控制中的应用63-64
• 5.3.2 结果对比64-67
• 结论67-68
• 参考文献68-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：760516