本文關鍵詞：撓性航天器剛柔耦合動力學建模及動態(tài)特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文的主要研究內(nèi)容為建立一種搭載可展開式天線反射器的撓性航天器的動力學模型并分析其結構及在軌動態(tài)響應特性。該航天器的中心平臺通過連接桿與環(huán)形桁架式天線反射器連接。當航天器在軌機動時,中心平臺的剛體運動會使連接桿產(chǎn)生明顯的結構振動。同時連接桿由于周期性的彈性振動會給中心平臺施加一個大小與方向均隨時間變化的擾動力,這對航天器姿態(tài)穩(wěn)定性會產(chǎn)生不利的影響。因此本文的研究內(nèi)容對于改進航天器結構設計,降低撓性附件振動幅值以及提高航天器的姿態(tài)穩(wěn)定性具有重要的意義。本文首先建立了撓性航天器的有限元模型并求得了自由邊界條件下航天器的固有頻率和振型。然后利用有限元和多體動力學軟件Adams聯(lián)合仿真對航天器姿態(tài)調整過程進行了剛柔耦合動力學數(shù)值模擬。由于有限元方法得到的航天器動力學模型階次較高無法用于姿態(tài)控制律的設計且多體動力學軟件Adams建立的航天器動力學模型是一種零次剛柔耦合動力學模型,無法求解航天器做高速旋轉運動時的動態(tài)響應,本文利用一次剛柔耦合動力學建模理論建立了航天器的簡化動力學模型并對航天器做高速旋轉運動時的動態(tài)響應進行了數(shù)值求解。為了研究連接桿結構和材料特性以及反射器質量大小對航天器動態(tài)響應的影響,本文計算了連接桿橫截面積、密度、彈性模量和反射器質量取不同值時航天器的動態(tài)響應,并分析得到了其影響規(guī)律。由計算結果可得如下結論:航天器在軌機動時中心平臺會使撓性附件產(chǎn)生顯著的結構振動,其最大振幅為厘米級;撓性附件由于彈性振動會給中心平臺施加一個大小和方向均隨時間變化的擾動力,使航天器發(fā)生一定程度的震蕩;一階剛柔耦合動力學建模方法得到的動力學控制方程形式簡潔,能夠方便的用于姿態(tài)控制律的設計,且動力學模型適用于航天器做高速旋轉時的動態(tài)響應特性研究;連接桿及反射器結構和物理參數(shù)的變化會對航天器動態(tài)響應特性產(chǎn)生顯著的影響,其影響規(guī)律對改進航天器結構設計及撓性附件振動抑制具有一定的指導價值。
【關鍵詞】：撓性航天器 環(huán)形桁架式可展開天線 剛柔耦合 數(shù)值計算
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V414
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 課題來源及研究背景和意義9-12
• 1.1.1 課題來源9-11
• 1.1.2 研究背景和意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析12-20
• 1.2.1 周邊桁架式可展開天線研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 柔性多體動力學建模方法研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.3 柔性多體動力學數(shù)值算法發(fā)展現(xiàn)狀18-20
• 1.3 主要研究內(nèi)容及研究方案20-22
• 1.3.1 研究內(nèi)容20-21
• 1.3.2 研究方法21
• 1.3.3 論文組織結構及各章內(nèi)容安排21-22
• 第2章 有限元建模及剛柔耦合動力學仿真22-34
• 2.1 撓性航天器有限元模型22-25
• 2.2 固有頻率和振型特性25-29
• 2.3 剛柔耦合動力學仿真29-33
• 2.4 本章小結33-34
• 第3章 撓性航天器一階簡化剛柔耦合動力學建模34-54
• 3.1 梁軸向變形的幾何非線性描述34-35
• 3.2 一階剛柔耦合動力學模型35-43
• 3.2.1 中心平臺與連接桿的動力學建模36-39
• 3.2.2 集中質量點的動力學建模39-40
• 3.2.3 太陽能電池板的動力學建模40-43
• 3.3 航天器動態(tài)響應數(shù)值仿真43-52
• 3.3.1 角速度已知的定軸轉動44-49
• 3.3.2 外力矩已知的旋轉運動49-52
• 3.4 本章小結52-54
• 第4章 反射器物理特性對航天器動響應影響性分析54-71
• 4.1 反射器質量對航天器動響應的影響54-58
• 4.2 連接桿物理特性對航天器動響應的影響58-70
• 4.2.1 連接桿彈性模量對航天器動響應的影響58-62
• 4.2.2 連接桿密度對航天器動響應的影響62-65
• 4.2.3 連接桿橫截面積對航天器動響應的影響65-70
• 4.3 本章小結70-71
• 結論71-73
• 參考文獻73-78
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文78-80
• 致謝80

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 史紀鑫;楊雷;關曉東;;國際空間站動力學分析與試驗技術[A];2009全國結構動力學學術研討會論文集[C];2009年

  本文關鍵詞：撓性航天器剛柔耦合動力學建模及動態(tài)特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：288561