【摘要】：微振動形式復(fù)雜,具有幅值小、頻率分布范圍廣及振動多向等特點,在高分辨率空間遙感衛(wèi)星的研制過程中,微振動對其指向精度和成像質(zhì)量等性能的影響是不可忽視的。為了預(yù)測擾動對航天器產(chǎn)生的影響,并采取相應(yīng)的振動抑制措施,精確采集振源的擾動數(shù)據(jù)是其中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié),也是空間微振動研究的重要保障。同時,隨著空間載荷越來越大,特別是空間望遠鏡等大型設(shè)備的研制,其內(nèi)部振源的質(zhì)量越來越大,輸出擾動形式也越來越復(fù)雜,現(xiàn)階段針對于振源的微振動測試能力已很難滿足其發(fā)展需求。因此研究與之相關(guān)的微振動測試技術(shù)及振源擾振特性分析等關(guān)鍵技術(shù),對于大型空間望遠鏡的研制具有重要的意義。本文對微振動測試技術(shù)的觀測理論開展了研究,分析了微振動測力平臺傳感器的分布對測試精度的影響,并通過試驗對理論模型進行了驗證,確定了平臺八分量的冗余布局方式,分析表明:該平臺布局可以有效地提升剛度及承載能力,同時也能兼顧四分離并聯(lián)式的優(yōu)點,降低誤差干擾以及數(shù)據(jù)計算量。針對微振動傳遞過程中的剛?cè)狁詈咸匦?本文分別采用了廣義逆?zhèn)鬟f模型和基于機械阻抗原理建立的耦合傳遞模型方法。其中,廣義逆法通過耦合傳遞矩陣表示剛性安裝基礎(chǔ)與彈性安裝基礎(chǔ)下的振源擾動特性之間的關(guān)聯(lián);耦合傳遞模型表示振源和安裝結(jié)構(gòu)頻響特性之間的函數(shù)關(guān)系,并對模型進行了解耦分析。最后通過試驗樣機對兩種不同的建模方法進行了驗證,與分析值進行比對,可知:不同的建模方法都可以準確地驗證結(jié)構(gòu)耦合狀態(tài)下的振源的頻率分布,其中耦合傳遞模型對擾振幅值的預(yù)測精度在15%以內(nèi)。根據(jù)微振動觀測理論的分析結(jié)果,并基于傳遞模型的設(shè)計要求,本文針對大型空間望遠鏡的振源特點設(shè)計了以壓電式為核心的測力平臺。針對于平臺的承載能力及精度等指標,對傳感器的晶組尺寸、分載特性以及平臺的外部結(jié)構(gòu)進行了分析、設(shè)計與測試;并基于有限元模態(tài)理論對平臺的剛度進行了參數(shù)化的仿真分析,對傳感器的位置進行了細化,通過仿真分析以平臺剛度為目標函數(shù)進行了擇優(yōu)化處理。考慮到微振動的擾振形式及寬頻特性,本文采用了基于FFT變換的動態(tài)頻域標定方法,將振源的結(jié)構(gòu)耦合引入到標定矩陣之中,并通過搭建不同的標定及測試系統(tǒng)完成了平臺的靜態(tài)及動態(tài)標定,以及平臺的靜、動態(tài)力學(xué)特性檢測。測試結(jié)果表明,力及力矩的分辨率可以達到0.001 N/0.0001 Nm,在0-800 Hz的測試范圍內(nèi),動態(tài)線性度在0.1%FS以內(nèi),動態(tài)測試誤差大部分在5%以內(nèi),靜態(tài)測試誤差在5%以內(nèi),在40 k N的測試范圍內(nèi),六維廣義力的測試線性度在0.1%FS以內(nèi),重復(fù)度在0.1%FS以內(nèi)。在微振動測試理論的指導(dǎo)下,并基于空間微振動多維擾振力測試技術(shù),本文對空間用動量輪的擾振機理進行了系統(tǒng)的分析。為了分離各因素對振源擾振特性的影響,本文在剛性邊界條件測力平臺基礎(chǔ)上研制了彈性邊界條件測力平臺及六分量柔性邊界條件測力平臺,對動量輪在不同剛度安裝條件下的擾振分布及特性進行了檢測與分析。依據(jù)測試數(shù)據(jù)在動量輪經(jīng)典擾動模型的基礎(chǔ)上,提出了改進的動量輪擾動模型,通過試驗與仿真結(jié)果對比,該改進模型可以更加準確的反映不同剛度安裝條件下的動量輪擾動特性,通過該模型可以在衛(wèi)星平臺上更加靈活準確地建立定量化的方法,為高分辨率衛(wèi)星提高成像質(zhì)量提供設(shè)計依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V414
【圖文】：

4度的沖擊力施加到標定工裝各個標定點，以獲得標定點及各傳感器輸出之間的傳遞函數(shù)曲線，為了獲取動態(tài)線性度，需要得到不同輸入沖擊力下的平臺結(jié)構(gòu)跨點傳遞函數(shù)曲線，如果結(jié)構(gòu)動態(tài)線性度較好，隨著輸入力幅值的變化，曲線應(yīng)保持足夠的一致性，為此可用于表征傳感器在軸向和剪切方向上的動態(tài)線性度。

飛輪的 Fx的瀑布圖曲線如圖5.12 所示。通過曲線，1 號飛輪在 50 Hz、100 Hz 和 150 Hz 左右產(chǎn)生很多與轉(zhuǎn)速無關(guān)的擾動干擾，同時該頻率段之間也不存在結(jié)構(gòu)的固有頻率，這種現(xiàn)象在兩種測試臺上都會產(chǎn)生，所以可斷定是由于 1 號飛輪自身產(chǎn)生的干擾，在數(shù)據(jù)預(yù)處理時需要保留原始數(shù)據(jù)，對于這種精密加工的調(diào)姿機構(gòu)，這種差異性也是合理的。a

(1)jα ，并首次估計方差(1)E ；一般地，(1)E 不滿足預(yù)設(shè)精度 μ ，給ω小變數(shù)(0)ij ω 、(0)ij ξ ，得到第二次迭代的固有頻率和阻尼比：(1) (0) (0)ij ij ijω = ω + ω ，(1) (0) (0)ij ij ijξ = ξ + ξ.式（5.17）得到線性參數(shù)的第二次估計值(2)jα ，并第二次估計方否滿足(2)E≤ μ，若不滿足，再次修改(1)ijω 、(1)ijξ ，重復(fù)該過程，直此時的線性參數(shù)jα 和非線性參數(shù)ijω 、ijξ 作為最終的估計值。 5.32 給出了上述過程的流程圖。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2746614