考虑根铰间隙的空间框架展开机构动力学分析

利用Kane法多体动力学基本理论并考虑根铰间隙影响因素，建立适用于空间柔性太阳电池阵的多框架展开机构多体系统动力学模型，对框架展开机构的展开方式和展开过程进行仿真分析，获得了机构组成部件在展开过程中的几何位置、速度、加速度等动力学特性，分析了框架展开机构各个关节点运动特性、铰链间隙与外部驱动力的相互作用规律。结果表明：合理控制框架展开机构各运动部件的驱动力矩是保证框架按照确定规律展开的必要条件；根铰间隙对太阳电池阵框架展开机构角加速度影响较为明显，进而影响到展开框架展开过程的稳定性，对转角和角速度几乎没有影响；在进行空间太阳电池阵框架展开机构设计时应严格控制铰链轴间隙，并通过动力学仿真校核间隙对太阳电池阵展开过程的影响；研究结果为空间柔性太阳电池阵多模块框架展开机构设计提供指导。     

大变形太阳电池阵展开的多体动力学分析

由于存在大变形、非连续和大体量等特点,对大型太阳电池阵的展开过程进行动力学仿真面临着巨大的数值困难。基于共旋坐标法和无转动自由度的板壳理论,考虑柔性电池基板的几何非线性效应与电池板之间的接触碰撞,建立大变形柔性太阳电池阵的多体动力学模型。对大型的太阳电池阵的展开的动力学过程进行数值仿真,并对该过程中的复杂的动力学现象进行分析。研究结果给出了不同驱动下电池基板的响应、应力分布特征以及基板之间的碰撞规律。此项研究不仅为空间站大型太阳电池阵的设计和优化提供了参考依据,也为其它大型可展开空间结构的仿真提供了一种多体动力学分析方法。     

空间柔性太阳电池阵发展现状及趋势

从3个方面分析空间柔性太阳电池阵的发展现状,包括折叠式、卷绕式柔性太阳电池阵总体构型的发展历程;铰接桁架式、折纸式、充气式、形状记忆材料、薄壁管状及圆周展开机构6种伸展机构的特点及应用情况;硅电池片、砷化镓电池片、柔性薄膜电池片及聚光太阳电池片等常用电池片材料性能的发展现状。指出面对未来空间柔性太阳电池阵大尺寸、高功率、模块化的发展需求,采用薄壁管状伸展臂及多结砷化镓薄膜电池片的卷绕式柔性太阳电池阵在质量、功率、收拢体积及成本上达成了较好的平衡,是未来的发展趋势,在此基础上,对未来空间柔性太阳电池阵重点研究方向进行了展望。     

空间实验室大面积太阳电池阵技术研究

介绍了空间实验室大面积太阳电池阵的方案构型，并进行了模态分析、热结构耦合分析和动力学仿真分析。生产出了全尺寸的集成演示样机，进行了展开试验、主展开机构的模态试验，以及半刚性太阳电池板和二自由度驱动机构的振动试验。计算和试验结果表明，技术方案是可行的。     

空间太阳电池阵的发展现状及趋势

从四方面分析了空间太阳电池阵的发展现状,包括体装式、带桨展开式、单板展开式、多板展开式、柔性多模块多维展开式等总体构型的发展历程,常用太阳电池片如硅电池片、砷化镓电池片、柔性薄膜电池片的材料与性能的发展现状,刚性基板结构、半刚性基板结构、柔性基板结构的发展与应用及五种展开机构的特点与空间应用分析,论述了空间太阳电池阵发展的制约因素,指出了聚光型柔性太阳电池阵是未来空间太阳电池阵发展的趋势,旨在促进空间太阳电池阵向着大尺寸、大功率、模块化、低成本和轻质量的方向发展,以适应大功率航天器的发展需求。     

小卫星太阳电池阵结构声振响应分析研究

针对高频段太阳电池阵结构声振问题求解中的结构模态参数不确定性,文章从统计模态和能量平衡的角度出发,深入研究了复合材料面板太阳电池阵夹层结构的统计能量分析参数确定及功率流模型创建方法,并快速得到了太阳电池夹层结构的声振响应。对比分析与试验结果,发现二者吻合很好,因而验证了该声振响应分析方法用于小卫星太阳电池阵结构的有效性,并可作为小卫星工程研制中太阳电池阵结构动力学分析的有益补充。     

卫星太阳电池阵研制标准体系建设及与国外ECSS对标分析

近几年卫星在地面试验中以及在轨运行中出现多次太阳电池阵相关的异常问题，通过对地面试验和在轨数据的分析，确认属于频繁高发的同一类型质量问题。分析其原因主要由于新技术、工艺条件发生变化，而相关的太阳电池阵设计标准、地面试验验证手段没有适应该变化，导致出现异常。本文针对卫星太阳电池阵研制标准体系建设开展研究，对国外ECSS （欧洲空间标准化合作组织）卫星太阳电池阵研制标准进行对标分析。重点研究标准体系在太阳电池阵、结构机构、太阳电池电路以及太阳电池片的设计、生产、装配、测试、验收标准的制定和应用；对太阳电池板研制标准体系进行分析研究，为后续太阳电池阵的研制过程及试验提供参考，对确保卫星安全可靠供电，圆满完成飞行任务具有重要意义。     

航天器多自由度太阳电池阵关节弹性载荷分析

文章针对多自由度太阳电池阵在外界干扰力作用下产生弹性振动可能导致关节锁止电机失效的问题进行分析研究。首先建立了太阳电池阵的有限元模型,以及关节刚体载荷和弹性载荷动力学分析方法;然后以远距离操作工作模式为例,采用混合坐标法开展了太阳电池阵关节处的刚/弹载荷分析和对比。研究获取的关节弹性载荷可为关节锁止机构设计提供参考输入条件。     

柔性印制膜在太阳电池阵的应用及热适应性试验研究

针对微小卫星太阳电池阵高体积比的功率需求,设计了带柔性印制电路（FPC）的太阳电池阵。该太阳电池阵将太阳电池、FPC与基板集成为一体,具有厚度薄、质量小等优点。通过热循环试验对其环境适应性进行考核,X射线检测结果表明,太阳电池阵上锡焊焊盘与覆铜层连接部位受热应力的影响较大,在长期高低温循环条件下存在锡焊焊盘与覆铜层断裂的风险。为此,给出提升太阳电池阵上FPC抗热形变能力的设计建议,以期为后续太阳电池阵设计提供参考。     

框架型柔性太阳电池阵展开机构动力学分析

利用Kane法多体动力学基本理论,建立适用于空间框架型多模块柔性太阳电池阵的展开机构多体系统动力学模型,进行了框架型电池阵展开机构的展开方式和展开过程的仿真分析,并与ADAMS软件计算结果进行了对比,获得了机构组成部件在展开过程中的几何位置、速度、加速度等动力学特性,分析了框架展开机构各个铰接点受力的作用规律。结果表明:Kane法模型计算得到的单模块框架展开机构根铰转动规律与ADAMS分析结果基本相同,说明了Kane法建模的有效性和正确性;对于4模块框架展开机构,距离框架根部固定点越远的铰接点,其线速度和线加速度曲线在框架展开末期变化幅值越大;中间铰接点在展开初始状态所受的垂直于展开平面的作用力最大,在展开过程中逐渐减小;合理控制框架展开机构各运动部件的驱动力矩是保证框架按照确定规律展开的必要条件。研究结果可为空间框架型柔性太阳电池阵展开机构设计提供参考。     

视觉测振技术在柔性太阳翼模态试验中的应用

针对8 m×5 m的柔性太阳翼在倒立状态下进行模态试验，设计数字摄像视觉测振系统，基于图像特征跟踪法实现了从相机标定、图像采集、信息提取到三维振动数据获取的过程，通过工况模态辨识方法获取了柔性太阳翼模态频率及振型等动力学参数。并考虑空气和重力影响建立太阳翼有限元模型，通过与基于基恩士激光位移传感器的传统模态试验结果及仿真分析结果进行对比，验证了基于视觉测振工况模态试验方法的准确性，为柔性太阳翼在轨模态辨识奠定基础。     

含多间隙柔性可展帆板动力学建模及仿真

为研究柔性和多级铰链间隙对帆板展开过程动力学特性的影响，以月球车两级往复可展太阳帆板为研究对象，采用修正Coulomb模型表述摩擦力，通过接触碰撞力描述间隙，运用有限元法进行帆板柔性化，进而建立多间隙-柔性耦合的动力学模型。采用变步长伦哥库塔法进行数值求解，模拟帆板展开过程，分析了多间隙和柔性对帆板质心加速度、铰链间隙碰撞力等参数的影响。结果表明，在保证展开机构刚度要求的前提下，帆板柔性可补偿因铰间隙引起的加速度波动，减弱间隙处碰撞的剧烈程度，减小碰撞力幅值，进而改善帆板展开机构的动态特性。研究结果可用于指导月球车两级往复可展太阳帆板等同类型的可展机构动态优化设计。     

永磁同步电机驱动太阳翼扰动力矩建模与仿真

建立太阳翼驱动机构(SADA)永磁同步电机的电磁方程，并利用固定界面模态综合法建立SADA驱动太阳翼耦合系统的振动方程；设计模拟柔性负载，对SADA驱动该柔性负载的扰振力矩进行仿真分析。结果表明，SADA驱动柔性负载运行过程中所产生扰振力矩主要由两个原因引起：1)电流噪声引起的力矩波动；2)控制参数选取不当引起的转角波动。     

预应力下空间站柔性太阳翼动力学特性分析

空间站柔性太阳翼上有以下预应力:1)在轨工作时,会周期性进出地球阴影区,结构温度会发生周期性的变化,温差在结构上产生了热应力;2)中央桁架斜拉杆上作用有展开预应力;3)柔性阵面上施加有张紧力。这些预应力都会引起几何刚度,从而改变太阳翼结构的动力学特性。文章使用Abaqus非线性动力学求解功能,首先对中央桁架部分和柔性阵面部分分别建立有限元模型,研究预应力对太阳翼动力学特性的影响,发现只有柔性阵面上的张紧力影响最为显著;然后针对完整的太阳翼结构,考虑阵面张紧力作用下,研究其动力学特性,并与未考虑预应力引起的刚度变化时的结构动力学特性进行对比分析。     

太阳电池翼在轨模态光学测量优化的计算机辅助方法

非接触光学测量方法,可作为空间站太阳电池翼等大型航天器柔性部件在轨模态分析的一种潜在手段。为合理布置相机的拍摄工位及视角,有效捕捉靶标运动的位移及方向,提出了利用轨控或姿控激励下柔性附件瞬态响应的结构动力学仿真结果,结合计算机图形学仿真技术,预示虚拟靶标运动过程成像及其位移重构效果,从而对测量有效性做出判断的实验方案评价方法,并通过仿真实验对其可行性进行了验证。该方法可发展为航天器在轨模态测量的计算机辅助优化工具,能充分利用结构动力学仿真成果,弥补大型柔性部件地面实验的不足。     

Structural control interaction for an LSS attitude control system using thrusters and reaction wheels

This work provides some important information about control structure interaction (CSI) for a large space structure (LSS) attitude control subsystem (ACS) comprised of thrusters and reaction wheels. The LSS physical model is assumed as a rigid long tubular beam as the main bus with two attached long flexible solar panels. Two thrusters (one at each tip of the LSS) are used for large amplitude maneuvers and the reaction wheels for fine control. Lagrange's formulations for generalized and quasi-coordinates were used to derive the equations of motion. The gravity gradient, the solar pressure and the drag were included in the mathematical model as external perturbations. The assumed modes discretization method has been used to model the solar array elastic displacements so as to obtain a set of ordinary differential equations to describe the LSS motion. Different control strategies were implemented to analyze the CSI for two configurations, fine and coarse control. The MatLab/Simulink platform has been used for the computational simulations. The results are in agreement with the CSI theory in that thruster firings excite the solar panel vibrations and that the elastic vibration is an important issue to be taken into account for LSS ACS performance evaluation for both fine and coarse control. In spite of the CSI the maneuver objectives have been accomplished with results that meet the mission criteria.     

柔性空间飞行器的振动抑止控制

本文提出了一种带有柔性附件的卫星的振动主动抑止方法,给出了能抑止任意阶振动谐波的条件.作为举例,分析了太阳帆板的转动控制,在使帆板平稳旋转的同时,还使卫星姿态稳定无振.     

极端温度下含隙铰柔性帆板展开位置精度分析

以自主研发的月球车重复可展帆板为研究对象，分析月表极端温度对其展开末端位置可靠性的影响。构建极端温度与帆板材料、铰链结构间的关系函数，基于运动弹性动力学，建立极端温度下可展帆板间隙-柔性耦合动力学模型。以帆板展开末端位置误差为评价指标，将BP神经网络算法与一次二阶矩法相结合，利用应 力- 强度理论建立帆板展开末端位置可靠性模型，通过算例分析对比不同极端温度下的可靠性指标。用经典MC法计算进行对比验证，确定神经网络方法的可行性、高效性。结果表明，极端温度条件下，铰间隙对于位置可靠性的影响显著，温度区间在-30 ℃~20 ℃时，机构展开末端位置可靠性最优。