空間實驗室半剛性太陽電池陣展開機構設計及熱—結構耦合分析.pdf

1、熱荷載是太空環(huán)境中的主要荷載,軌道上的航天器結構要長期經受太陽、行星和空間低溫的交替影響,航天器大型外懸掛件可能會出現熱誘導振動,一方面加重了軌道姿態(tài)控制系統(tǒng)的負擔,另一方面還可能導致不穩(wěn)定振動,對于展開長度達20m的桿狀展開機構和大面積半剛性太陽電池陣來說,進行熱-結構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)境的試驗費用仍然十分昂貴,另外隨著太陽電池陣尺寸越來越大,進行全尺寸模型的地面模擬試驗也越來越困難.因此,準確地預測

2、出桿狀展開機構、大面積太陽電池陣的在軌溫度場、熱變形對于整個結構的熱設計和結構設計均具有重要意義.首先,對用于半剛性太陽電池陣的桿狀構架式展開機構進行了設計分析,對展開長度為20m的鉸接式和盤繞式兩種展開機構進行了機構設計,包括機構關鍵技術設計,解決了鉸接式展開機構的展開/鎖定技術、盤繞式展開機構材料技術等關鍵技術,研制出了兩種可縮回桿狀構架式展開機構原理樣機,展開和收攏試驗結果表明機構設計是合理可行的.其次,對桿狀展開機構和半剛性太陽

3、電池陣進行了熱-結構耦合分析.因采取熱控措施后,機構的溫度不是很高,所以暫時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位移產生的影響,即按小變形理論進行熱-結構耦合分析.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流換熱,主要考慮熱傳導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、機構本身陰影(如收藏箱等)的遮擋影響.分別對20m長的鉸接式、盤繞式