撓性航天器剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模及動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、本研究?jī)?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(dòng)力學(xué)模型并分析其結(jié)構(gòu)及在軌動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。該航天器的中心平臺(tái)通過(guò)連接桿與環(huán)形桁架式天線反射器連接。當(dāng)航天器在軌機(jī)動(dòng)時(shí)，中心平臺(tái)的剛體運(yùn)動(dòng)會(huì)使連接桿產(chǎn)生明顯的結(jié)構(gòu)振動(dòng)。同時(shí)連接桿由于周期性的彈性振動(dòng)會(huì)給中心平臺(tái)施加一個(gè)大小與方向均隨時(shí)間變化的擾動(dòng)力，這對(duì)航天器姿態(tài)穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生不利的影響。因此本文的研究?jī)?nèi)容對(duì)于改進(jìn)航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低撓性附件振動(dòng)幅值以及提高航天器的姿態(tài)穩(wěn)定性具有重要的

2、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(dòng)力學(xué)軟件Adams聯(lián)合仿真對(duì)航天器姿態(tài)調(diào)整過(guò)程進(jìn)行了剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)數(shù)值模擬。由于有限元方法得到的航天器動(dòng)力學(xué)模型階次較高無(wú)法用于姿態(tài)控制律的設(shè)計(jì)且多體動(dòng)力學(xué)軟件 Adams建立的航天器動(dòng)力學(xué)模型是一種零次剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型，無(wú)法求解航天器做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，本文利用一次剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模理論建立了航天器的簡(jiǎn)化

3、動(dòng)力學(xué)模型并對(duì)航天器做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值求解。為了研究連接桿結(jié)構(gòu)和材料特性以及反射器質(zhì)量大小對(duì)航天器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，本文計(jì)算了連接桿橫截面積、密度、彈性模量和反射器質(zhì)量取不同值時(shí)航天器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并分析得到了其影響規(guī)律。由計(jì)算結(jié)果可得如下結(jié)論：航天器在軌機(jī)動(dòng)時(shí)中心平臺(tái)會(huì)使撓性附件產(chǎn)生顯著的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，其最大振幅為厘米級(jí)；撓性附件由于彈性振動(dòng)會(huì)給中心平臺(tái)施加一個(gè)大小和方向均隨時(shí)間變化的擾動(dòng)力，使航天器發(fā)生一定程度的震蕩；一階