【摘要】：航天器在服役過程中會周期性進出能夠吸收太陽熱輻射的光照區(qū)和處于深冷空間的陰影區(qū)。因此,航天器接收到的熱流強度也會發(fā)生周期性的變化,這就會在航天器柔性結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生瞬態(tài)溫度場。瞬態(tài)溫度場不僅會使柔性結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形,當其變化劇烈時,還可能會使柔性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱致振動。熱致振動同時會誘發(fā)航天器主體產(chǎn)生姿態(tài)擾動,從而使航天器無法完成既定任務(wù)。因此,對航天器結(jié)構(gòu)熱致振動的研究是十分有必要的。本文以受到太陽熱沖擊作用的薄壁圓管結(jié)構(gòu)為研究對象,基于Hamilton原理和熱力學(xué)定律建立熱彈性-結(jié)構(gòu)耦合方程。采用四階Runge-Kutta法對薄壁圓管結(jié)構(gòu)的熱彈性-結(jié)構(gòu)耦合動力學(xué)響應(yīng)進行了數(shù)值分析。結(jié)果表明考慮應(yīng)變率時其位移動態(tài)響應(yīng)始終小于不考慮應(yīng)變率時其位移動態(tài)響應(yīng)。同時可知存在一定的光照角度,使得考慮應(yīng)變率時其熱致振動是穩(wěn)定的;而不考慮應(yīng)變率時其熱致振動是不穩(wěn)定的。在考慮應(yīng)變率的基礎(chǔ)上建立航天器結(jié)構(gòu)的剛-柔耦合系統(tǒng)動力學(xué)模型,基于Lagrange原理和熱力學(xué)定律建立考慮航天器結(jié)構(gòu)剛-柔耦合的熱彈性-結(jié)構(gòu)耦合方程。并通過分離變量法和加權(quán)余量法求解出航天器柔性結(jié)構(gòu)的位移動態(tài)響應(yīng)。通過數(shù)值計算對航天器的姿態(tài)擾動以及柔性結(jié)構(gòu)的位移動態(tài)響應(yīng)進行了分析。研究表明當阻尼比一定時,隨著太陽光照角度的增大,航天器主體的起始動態(tài)位移響應(yīng)幅值逐漸變小,其平衡位置偏離初始位置的角度越來越小;柔性結(jié)構(gòu)的起始動態(tài)位移響應(yīng)幅值逐漸變小,其平衡位置偏離初始位置的距離越來越小。無論其結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定,考慮航天器結(jié)構(gòu)剛-柔耦合時柔性結(jié)構(gòu)頂端位移動態(tài)響應(yīng)幅值始終大于不考慮航天器結(jié)構(gòu)剛-柔耦合時其頂端位移動態(tài)響應(yīng)幅值,且隨著時間的增加,其幅值相差越來越大。通過Routh-Hurwitz判據(jù)進行穩(wěn)定性分析,證明了考慮航天器結(jié)構(gòu)的剛-柔耦合的必要性。
【圖文】：

好的認識地球，認識宇宙，各式各樣的航天器應(yīng)運而生查等航天任務(wù)，航天器開始廣泛的應(yīng)用大型柔性結(jié)構(gòu)。、大型太陽能陣列和星載可展開天線等。為了使航天器天器保持最好的工作狀態(tài)，這些柔性結(jié)構(gòu)就要求盡可能[1]。在服役過程中會周期性進出能夠吸收太陽熱輻射的光照，如圖 1-1 所示。因此，，航天器接收到的熱流強度也會發(fā)在航天器柔性結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生瞬態(tài)溫度場。瞬態(tài)溫度場不僅會當其變化劇烈時，還可能會引發(fā)熱振動，這就是柔性結(jié)流沖擊會使柔性結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，這一變形包括彈性變形響航天器柔性結(jié)構(gòu)對空間熱流的吸收，也就會使航天器。這種變形與溫度場之間相互影響的現(xiàn)象稱為熱彈性-結(jié)

及航天器結(jié)構(gòu)剛-柔耦合的影響，建立更加符合工程實際的航天器結(jié)構(gòu)熱彈性-結(jié)構(gòu)耦合動力學(xué)分析模型，通過理論分析和數(shù)值方法研究航天器柔性結(jié)構(gòu)在服役過程中由于溫度梯度效應(yīng)導(dǎo)致的熱致振動現(xiàn)象。希望通過本論文的研究能夠為航天器柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計提供必要依據(jù)，提高航天器的使用壽命。(a) 哈勃太空望遠鏡 (b) 北斗衛(wèi)星
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V414

【參考文獻】

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本文編號：2599526