本文關鍵詞：復雜約束下的衛(wèi)星結構機構設計與動力學仿真分析

  更多相關文章： 航天器結構機構 復雜設計約束 太陽帆 耦合系數 有限元

【摘要】：航天技術作為當今世界最具帶動性與挑戰(zhàn)性的高科技領域之一,已經成為國家綜合實力、國家命運以及國家政治的重要性標志。航天器是在地球大氣層以外對宇宙空間進行探索、開發(fā)和利用等執(zhí)行特定空間任務的飛行器,航天器結構機構分系統設計及其結構動力學仿真分析技術是非常重要的航天器技術問題之一,它們對保證空間科學探測任務成功實施具有很關鍵的作用。越來越受到重視的體積小、質量輕、功能強、高可靠的集約型航天器,由于其設計約束嚴格,使得結構機構分系統設計變得十分困難,復雜約束條件下的航天器結構機構分系統設計以及相關的結構動力學問題急需一套具體可行的設計方法予以指導。本文以DSL、分離載荷項目中的航天器結構機構設計為應用背景,通過運用“約束圍繞式”設計方法,對項目中主星、子星在復雜多約束條件下進行了相關的結構機構設計與有限元仿真分析,得到了較為滿意的航天器整體結構機構設計方案,驗證了設計方法的可行性與實用性;以方形太陽帆航天器深空探測項目為應用背景,通過對三種模型的有限元建模、分析、驗證計算,得到了方形太陽帆航天器結構姿態(tài)耦合系數矩陣計算的一套處理方法,為其進行姿態(tài)控制分系統設計提供了參數基礎。本文的主要工作和創(chuàng)新點如下:1、在航天器結構機構設計方法方面,提出了一種在總體設計層面適用于復雜多約束條件下航天器結構機構設計的“約束圍繞式”設計方法,提出了對于具有復雜多約束設計背景問題處理過程中的自然約束條件自我分析與耦合分析兩大模塊。通過以DSL、分離載荷項目中的航天器結構機構設計為應用背景,分別對子星與主星的結構設計工作進行了設計約束條件的自我分析與耦合分析,明確了關鍵約束條件與核心約束條件,降低了迭代設計過程50%以上的復雜度,對復雜多約束的強耦合性進行了一定程度的解耦,加快了迭代過程至少一倍以上的速度,獲得了較為滿意的結構機構設計方案,通過了有限元結構仿真驗證,解決了具有復雜多約束的結構機構設計難題。2、針對大型方形太陽帆航天器,利用“約束圍繞式”分析方法分析了其大量模態(tài)質量百分比密集性特性,提出了一種耦合系數矩陣求解的模型簡化、定量驗證的成套計算方法,針對具體的方形太陽帆航天器模型給出了兩種簡化等效模型,分別進行了有限元非線性靜力仿真分析與預應力模態(tài)仿真分析;結合撓性航天器中心剛體加撓性附件耦合系數矩陣有限元計算理論,通過有限元分析,得出了滿足慣量完備性的耦合系數矩陣;結合簡化模型在姿態(tài)控制理論上的合理性分析,解決了無法通過模態(tài)質量百分比進行模態(tài)提取來滿足慣量完備性的方形太陽帆航天器完整模型的耦合系數矩陣計算問題。本文進行的復雜約束條件結構機構設計與撓性結構耦合系數矩陣計算的研究分析工作,解決了特定結構形式航天器的結構機構設計與耦合動力學仿真計算問題,在理論研究層面與具體可行方法層面具有學術參考價值,對我國航天器結構機構技術的發(fā)展具有重要意義。
【關鍵詞】：航天器結構機構 復雜設計約束 太陽帆 耦合系數 有限元
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(空間科學與應用研究中心)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V414
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-21
• 第一章 緒論21-71
• 1.1 研究背景及意義21-23
• 1.2 國內外研究現狀23-67
• 1.2.1 微小衛(wèi)星發(fā)展現狀23-40
• 1.2.2 結構構型設計40-48
• 1.2.3 載荷布局設計48-51
• 1.2.4 分離釋放機構設計51-63
• 1.2.5 撓性結構問題63-67
• 1.3 論文主要內容與結構安排67-71
• 第二章 航天器結構機構設計理論及復雜約束處理方法71-99
• 2.1 引言71
• 2.2 航天器結構設計基本理論71-75
• 2.2.1 結構構型設計72
• 2.2.2 結構設計要求確定72-73
• 2.2.3 結構材料、連接方式選擇73
• 2.2.4 結構初步設計分析與方案遴選確定73-74
• 2.2.5 結構詳細設計74-75
• 2.3 航天器機構設計基本理論75-78
• 2.3.1 機構設計特點與基本原則75
• 2.3.2 機構設計基本技術要求75-77
• 2.3.3 壓緊與釋放機構設計要素77-78
• 2.4 結構分析有限元數值方法基本理論78-85
• 2.4.1 有限元基本計算方法79-81
• 2.4.2 結構動力學有限元分析理論81-83
• 2.4.3 幾何非線性有限元分析理論83-85
• 2.5 結構機構復雜約束設計處理方法85-96
• 2.5.1“約束圍繞式”設計方法定義與結構86-89
• 2.5.2 自然約束條件分析與關鍵約束條件提取89-92
• 2.5.3 初步總體設計與最終總體設計92-95
• 2.5.4 設計方法要素說明95-96
• 2.6 本章小結96-99
• 第三章 一主多從DSL微小衛(wèi)星結構機構方案設計與仿真99-153
• 3.1 引言99
• 3.2 子星結構方案設計與仿真99-117
• 3.2.1 設計輸入分析與確定101-105
• 3.2.2 CZ階段的星上設備布局設計105-107
• 3.2.3 ZZ階段的子星設備布局設計完善107-108
• 3.2.4 ZZ階段的子星主框架結構設計108-109
• 3.2.5 ZZ階段的子星結構完整設計方案109-111
• 3.2.6 子星模態(tài)有限元仿真111-116
• 3.2.7 子星最終總體設計方案總結116-117
• 3.3 主星結構方案設計與仿真117-142
• 3.3.1 設計輸入分析與確定119-125
• 3.3.2 CZ階段的主星構型設計125-131
• 3.3.3 ZZ階段的主星艙內設備布局設計131-132
• 3.3.4 ZZ階段的主星主框架結構設計132-135
• 3.3.5 ZZ階段的主星及整星結構完整設計方案135-137
• 3.3.6 主星模態(tài)有限元仿真137-141
• 3.3.7 主星最終總體設計方案總結141-142
• 3.4 夾緊釋放機構方案設計142-151
• 3.4.1 設計輸入與功能要求143
• 3.4.2 夾緊釋放機構總體方案設計143-144
• 3.4.3 子星夾緊釋放結構設計144-145
• 3.4.4 主星夾緊釋放機構設計145-149
• 3.4.5 夾緊釋放機構工作原理149-151
• 3.4.6 夾緊釋放機構工作過程151
• 3.4.7 夾緊釋放機構設計結論151
• 3.5 本章小結151-153
• 第四章 多維強約束分離載荷結構方案設計與仿真153-183
• 4.1 引言153-154
• 4.2 主星結構方案設計與仿真154-181
• 4.2.1 設計輸入分析與確定156-163
• 4.2.2 CZ階段的主星構型設計163-168
• 4.2.3 ZZ階段的主星艙內設備布局設計168-170
• 4.2.4 ZZ階段的主星主框架結構設計170-172
• 4.2.5 ZZ階段的主星及整星結構完整設計方案172-174
• 4.2.6 主星模態(tài)有限元仿真174-179
• 4.2.7 主星最終總體設計方案總結179-181
• 4.3 本章小結181-183
• 第五章 太陽帆航天器結構耦合動力學計算及機構設計183-219
• 5.1 引言183-184
• 5.2 非線性靜力學有限元仿真分析184-188
• 5.2.1 有限元模型建立184-185
• 5.2.2 材料屬性185
• 5.2.3 邊界條件與分析工況185-187
• 5.2.4 非線性靜力分析結果187-188
• 5.3 預應力模態(tài)有限元仿真分析188-191
• 5.3.1 有限元模型建立188-189
• 5.3.2 材料屬性189
• 5.3.3 邊界條件與分析工況189-190
• 5.3.4 預應力模態(tài)仿真分析結果190-191
• 5.4 結構姿態(tài)耦合系數計算191-210
• 5.4.1 結構姿態(tài)耦合系數有限元計算方法191-194
• 5.4.2 太陽帆航天器完整模型耦合系數計算194-197
• 5.4.3 太陽帆全桿簡化模型耦合系數計算197-203
• 5.4.4 太陽帆全帆簡化模型耦合系數計算203-210
• 5.4.5 太陽帆航天器耦合系數計算總結210
• 5.5 姿態(tài)控制滾轉軸穩(wěn)定機設計210-217
• 5.5.1 RSB結構機構設計211-212
• 5.5.2 RSB工作原理212
• 5.5.3 RSB轉桿長度設計212-216
• 5.5.4 轉桿極限轉速計算216-217
• 5.5.5 RSB轉桿設計結果217
• 5.6 本章小結217-219
• 第六章 結論219-223
• 6.1 主要工作及創(chuàng)新點219-220
• 6.2 工作展望220-223
• 參考文獻223-237
• 在學期間主要的研究成果及參加的科研項目237-239
• 主要的研究成果237
• 主要參加的科研項目237-239
• 致謝239-240

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 袁家軍;陳s叛，

本文編號：1083030