微纳卫星结构设计及其冲击响应特性研究

发布时间：2017-09-23 17:13

  本文关键词：微纳卫星结构设计及其冲击响应特性研究

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【摘要】：在对地观测、资源探索等需求的牵引下,星载设备单机借力微电子技术、MEMS系统和微纳加工技术的突破性进展,在明显缩减了尺寸的同时提高了性能。近年来,微纳卫星凭借其质量轻、体积小、研制周期短、成本低廉、集成度高、可批量化生产等特点,迅速成为空间系统的研究重点,在空间科学研究和教学实施,新技术演示验证,遥感观测,空间组网等方面占据优势地位。卫星的结构及构型设计作为卫星研制的核心环节,贯穿了整个卫星研制周期。本文以某夜光遥感微纳卫星为研究对象,充分考虑微纳卫星的结构特点、设计约束和冲击振动环境,针对设计结构构型方案,主要开展了卫星结构优化设计、冲击响应特性分析、振动响应特性分析及力学环境试验验证等方面的工作。首先,设计了该微纳卫星的主承力结构形式。根据该微纳卫星的主要任务和性能指标要求,提出一种非标6U式主承力结构,详细设计整星的物理构型、载荷布局和连接形式等。明确传力路径,合理优化卫星结构,降低整星重量,建立相应的整星有限元模型,并依据数值分析方法,提取计算整星的低频模态,最终满足运载方的基频要求。其次,以微纳卫星在星箭分离时的冲击响应特性为重点展开研究。基于冲击响应谱时域合成原理,将运载提出的频域上的冲击响应谱信号转化为可以作为分析载荷输入的时域上的加速度时间历程信号,以此模拟复杂的冲击波形。利用合成的时间历程信号作为冲击载荷输入条件进行瞬态响应分析,根据加速度响应结果和位移损伤判据对卫星结构合理性进行考核。随后,分析了该微纳卫星的振动响应特性。以卫星在发射过程中所受振动环境为研究对象,基于有限元法求解在正弦激励和随机激励作用下卫星结构的动态响应,并从结构设计的角度对响应结果做出分析。最后,对该微纳卫星初样星进行振动试验。以振动激励下有限元仿真结果为主要依据,设计初样星振动试验方案。分别对卫星X、Y、Z方向进行验收级条件下的扫频试验、正弦振动试验和随机振动试验,结果表明该卫星结构在振动环境下的动态响应值,试验数据与仿真值接近且满足总体要求,结构设计合理。
【关键词】：微纳卫星 主承力结构 冲击响应特性 振动响应特性 力学环境试验
【学位授予单位】：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
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V423.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 微纳卫星研究现状11-15
• 1.3 微纳卫星结构设计技术现状15-18
• 1.4 微纳卫星冲击响应特性研究现状18-20
• 1.5 论文的主要研究内容20-22
• 第2章 微纳卫星主承力结构设计22-36
• 2.1 卫星结构设计特点与流程22-24
• 2.2 某微纳卫星主承力结构设计24-28
• 2.3 微纳卫星结构有限元建模28-30
• 2.4 整星模态分析30-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第3章 微纳卫星冲击响应特性研究36-50
• 3.1 冲击响应谱基本概念36-38
• 3.2 冲击响应谱在冲击响应分析中的实现38-45
• 3.3 冲击响应谱时域合成软件设计45-46
• 3.4 微纳卫星结构冲击响应预示46-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 微纳卫星振动响应特性分析50-64
• 4.1 结构振动响应分析基本理论50-52
• 4.2 微纳卫星结构正弦响应特性分析52-58
• 4.3 微纳卫星结构随机响应特性分析58-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第5章 微纳卫星初样星力学环境试验64-76
• 5.1 扫频试验64-66
• 5.2 正弦振动试验66-70
• 5.3 随机振动试验70-74
• 5.4 本章小结74-76
• 第6章 总结与展望76-78
• 6.1 总结76-77
• 6.2 研究展望77-78
• 参考文献78-82
• 在学期间学术成果情况82-84
• 指导教师及作者简介84-86
• 致谢86

【参考文献】

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本文编号：906485