空間實(shí)驗(yàn)室半剛性太陽電池陣展開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及熱—結(jié)構(gòu)耦合分析.pdf

1、熱荷載是太空環(huán)境中的主要荷載,軌道上的航天器結(jié)構(gòu)要長(zhǎng)期經(jīng)受太陽、行星和空間低溫的交替影響,航天器大型外懸掛件可能會(huì)出現(xiàn)熱誘導(dǎo)振動(dòng),一方面加重了軌道姿態(tài)控制系統(tǒng)的負(fù)擔(dān),另一方面還可能導(dǎo)致不穩(wěn)定振動(dòng),對(duì)于展開長(zhǎng)度達(dá)20m的桿狀展開機(jī)構(gòu)和大面積半剛性太陽電池陣來說,進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析顯得尤為重要.由于目前在地面模擬空間熱真空環(huán)境的試驗(yàn)費(fèi)用仍然十分昂貴,另外隨著太陽電池陣尺寸越來越大,進(jìn)行全尺寸模型的地面模擬試驗(yàn)也越來越困難.因此,準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)

2、出桿狀展開機(jī)構(gòu)、大面積太陽電池陣的在軌溫度場(chǎng)、熱變形對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)的熱設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均具有重要意義.首先,對(duì)用于半剛性太陽電池陣的桿狀構(gòu)架式展開機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析,對(duì)展開長(zhǎng)度為20m的鉸接式和盤繞式兩種展開機(jī)構(gòu)進(jìn)行了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),包括機(jī)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì),解決了鉸接式展開機(jī)構(gòu)的展開/鎖定技術(shù)、盤繞式展開機(jī)構(gòu)材料技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù),研制出了兩種可縮回桿狀構(gòu)架式展開機(jī)構(gòu)原理樣機(jī),展開和收攏試驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理可行的.其次,對(duì)桿狀展開機(jī)構(gòu)和半剛性太陽

3、電池陣進(jìn)行了熱-結(jié)構(gòu)耦合分析.因采取熱控措施后,機(jī)構(gòu)的溫度不是很高,所以暫時(shí)不考慮材料非線性問題,也不考慮大變形引起的幾何剛度矩陣對(duì)位移產(chǎn)生的影響,即按小變形理論進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析.由于飛行器所處的太空環(huán)境近為真空,所以分析中忽略了空氣對(duì)流換熱,主要考慮熱傳導(dǎo)和熱輻射兩種熱量傳遞方式,分析了軌道上的太陽輻射熱、地球反射太陽熱、地球紅外輻射熱等熱流的影響,以及地球陰影、機(jī)構(gòu)本身陰影(如收藏箱等)的遮擋影響.分別對(duì)20m長(zhǎng)的鉸接式、盤繞式