应用OptiStruct软件的太阳翼基板结构优化

应用Altair OptiStruct软件独有的复合材料优化技术,针对非连续铺层复合材料,对某卫星太阳翼基板结构进行了优化设计。整个基板结构优化设计过程包括两个阶段：概念设计阶段和系统设计阶段。首先,在概念设计阶段利用自由尺寸优化模块,对太阳翼基板结构进行了拓扑优化;然后,在系统设计阶段利用尺寸优化模块完成了铺层厚度的优化。在经验设计方案中,太阳翼基板面板质量为3.6kg,经优化设计后,基板面板质量为1.7kg,减少了53%。     

北京三号A/B卫星太阳翼分析及试验验证

针对北京三号A/B卫星高刚度太阳翼开展了分析及试验验证,包括基板准静态分析和静力试验验证,太阳翼收拢状态和展开状态模态分析及收拢状态力学环境试验及展开基频测试,以及太阳翼地面展开试验。通过基板准静态分析获取了太阳翼基板铺层设计的强度裕度,后又经静力试验验证了分析结果;太阳翼收拢和展开模态分析结果也均与试验结果一致性良好,且通过收拢状态力学环境试验前后特征级曲线对比,可知太阳翼可耐受发射段载荷;太阳翼地面展开试验证明了太阳翼展开性能,且多次展开后关键参数一致性良好。     

月球着陆器太阳翼基板强度试验研究

月球着陆器在月面进行高温工况着陆时,已展开的太阳翼须承受着陆冲击载荷,若基板损坏,则电能供给将减少或丧失,影响探测任务的顺利进行。为了对高温着陆工况下太阳翼基板的强度进行验证,文章提出将着陆冲击载荷转换为静态载荷,用高温静力试验对基板强度进行等效验证的方案。该方案基于着陆冲击力学分析结果和着陆过程温度预示结果,在高温下将冲击载荷等效为静态载荷施加在基板试验件上,完成强度验证。利用月球着陆器太阳翼基板对方案进行验证,结果表明:该方案可以获得在给定温度下基板能够承受的最大载荷,以及在给定载荷下基板能够承受的最高温度,因此方案合理可行,可用于太阳翼基板的强度验证。     

固定太阳翼展开后外弯基频的工程计算

太阳翼是航天器电源分系统的重要组成部分。以刚性基板的固定太阳翼为研究对 象,针对航天器总体方案设计阶段的特点,基于“动-势能驻值原理”,将固定太阳翼等效 简化为附集中质量的悬臂梁,并由此推导出固定太阳翼外弯模态基频的近似解析解,提出了 展开后固定太阳翼外弯模态基频的工程近似方法,为今后航天器总体设计人员提供了简单、 可靠的分析方法。
     

新型航天器刚性太阳翼基板的平面度控制

文章对新型航天器太阳翼基板的结构进行简介,分析了刚性基板制造过程中影响其平面度的主要因素;根据这些影响因素提出了相应的工艺措施,使刚性基板的平面度得到有效控制,为新型航天器成功地经受多次飞行试验的考验奠定了基础.     

碳纤维/铝蜂窝太阳翼基板热变形分析

以某卫星的碳纤维/铝蜂窝太阳翼基板为对象,研究了碳纤维层合板和铝蜂窝芯层弹性常数和热膨胀系数的等效计算。分别采用等效参数和I-deas软件中的Laminate铺层模型等方法,分析了高温和低温状态下太阳翼基板的热变形,并对计算结果进行了比较,初步说明热变形分析是可行的。面板铺层材料参数对基板的热变形影响很大,在建立分析模型时不能将其等效为各向同性的均匀材料。     

神舟十一号飞船太阳翼结构实现国产化

正神舟十一号飞船太阳翼连接架百分之百国产化、基板除聚酰亚胺薄膜外其余全部国产化,这不仅代表着508所复合材料专业能力的极大提升,也达到了国内同类复合材料产品的国产化率最高水平。神舟飞船太阳翼基板和连接架是508所复合材料专业最重要的产品之一。2014年4月,神舟十一号飞船原设计方案面临进口碳纤维等原材料受限问题,508所迅速反应,积极开展了刚性基板和连接架国产化技术方案论证。该所充分调研可选国产材料,     

航天器刚性太阳翼在轨一维展开时间近似算法

针对航天器总体方案设计阶段迭代数值仿真太阳翼在轨展开时间计算复杂问题,以航天器刚性基板一维展开太阳翼为研究对象,将太阳翼的在轨展开运动简化为单自由度的刚性运动。利用动-势能守恒原理,推导了太阳翼在轨展开时间的理论公式。根据实际工程参数对太阳翼展开时间的理论公式进行了简化、拟合,建立了太阳翼展开时间的近似算法。近似算法解析计算的太阳翼在轨展开时间与数值仿真计算结果比对表明:相对误差小于10%,可以满足工程要求。用该近似算法,可在航天器总体方案设计阶段较为简单地计算并合理提出太阳翼在轨展开时间指标。     

太阳翼地面展开锁定的动力学仿真分析

利用ADAMS软件的柔体动力学计算功能,将ADAMS和PATRAN/NASTRAN软件联合,建立太阳翼地面展开及锁定仿真模型,从太阳翼展开初始就考虑连接架和基板的弹性,以及地面各影响因素的影响,对太阳翼地面展开锁定过程进行连续的仿真计算,得到了对驱动机构的冲击载荷等动力学性能.分析方法得到了试验的验证.其后,给出了太阳...     

大倾角轨道航天器双轴驱动太阳翼构型参数优化方法

针对双轴驱动太阳翼展开后的运动包络对航天器设备产生的视场遮挡和空间干涉问题,基于机构运动学分析技术提出了一种太阳翼构型参数优化方法。首先,基于自然坐标方法建立太阳翼机构运动学模型,完成太阳翼运动状态的模拟;然后,分析太阳翼运动包络的影响因素,并明确可用于优化设计的参数,同时根据机构装配关系及视场要求形成约束条件;最后,建立以摆动角为目标的优化函数并进行优化分析。以轨道倾角86.4°、轨道高度780km的航天器双轴驱动太阳翼构型优化为例,对其构型进行优化设计和优化结果验证分析,结果表明:优化后可获得太阳翼的最大摆动角为32°,此时太阳翼基板边缘与天线、敏感器视场最小距离为5mm,太阳翼运动过程对设备视场不产生遮挡影响,满足工程应用要求,验证了优化方法的有效性,可为太阳翼工程设计提供理论参考,同时为航天器上可动设备构型优化及设备布局设计提供一种新的途径。     

圆形太阳翼发展现状及趋势

圆形太阳翼是在航天器大收纳比的新需求下发展起来的一种新型柔性太阳翼,在国外航天器上已广泛应用。文章论述了圆形太阳翼的发展现状,分析了它的组成和工作原理以及由UltraFlex太阳翼到MegaFlex太阳翼的发展历程和制约因素,阐述了圆形太阳翼不同于其他类型太阳翼的优点,包括结构紧凑、高功率质量比、高展开刚度、低转动惯量、地面展开试验简单、扩展性好等;同时结合两种圆形太阳翼的优缺点,给出了它们的适用范围和场合。最后结合国内现有技术基础,提出了发展建议,可为国内圆形太阳翼研制提供参考。     

天宫二号空间实验室半刚性太阳电池翼延寿技术研究

因半刚性太阳电池翼地面贮存设计寿命为3~5年,针对天宫二号空间实验室推迟发射后面临的半刚性太阳电池翼延寿问题,对其延寿技术进行了研究。分析了太阳电池翼地面贮存中环境、电池电路、基板结构、碳纤维材料、玻璃纤维浸渍有机硅树脂材料,以及胶粘剂与其它材料等主要因素的影响。采取了太阳翼在高纯度氮气包装箱中贮存、包装箱置于温湿度控制的环境中、缩短太阳翼在包装箱外装配与测试时间,以及对电池模块进行100%裂片检查等措施。策划了组件级和整机级的延寿可靠性增长试验项目,并进行了可靠性增长试验验证。分析结果表明:在经历了6年多的地面存储后,太阳电池翼各项检查和测试结果均合格,可满足发射任务的要求,措施有效。研究为后续其它航天器半刚性太阳翼产品经历长期贮存的延寿提供了技术支撑。     

推力器羽流对太阳电池翼污染效应的分析及控制方法

在分析羽流污染预示和太阳翼输出功率衰减预示方法基础上,识别出了影响羽流对太阳翼污染效应的关键因素,提出了较为系统的羽流对太阳翼污染效应的分析和控制方案。经仿真验证,该方法可有效实现量化分析和控制推力器羽流对太阳翼的污染效应,可以为我国卫星、深空探测和载人航天领域航天器工程研制提供参考。     

基于驱动机构作动的太阳翼振动控制原理与实验研究

针对航天器在调姿或变轨过程中太阳翼长时间、低频振动引起航天器系统无法正常工作的问题,以太阳翼自身驱动机构为作动器,提供反馈控制力,进行振动抑制。在原理性研究的基础上,建立了贴近工程实际的真实尺寸太阳翼有限元模型,改进了控制算法,实现了太阳翼在振动控制结束后的正确复位,并利用动力学缩比模型对振动抑制方法的有效性开展了实验验证。结果表明:该方法不需引入额外的非有效载荷,能够在保证太阳翼不偏离目标位置的同时,有效抑制太阳翼的低频振动。     

太阳翼二维展开阶段SADA不同控制状态仿真分析

二维二次太阳翼侧板展开将造成太阳翼驱动机构(SADA)产生反向转动。针对太阳翼侧板展开运动引起的太阳翼驱动机构反转问题,采用机电耦合分析方法建立了太阳翼驱动机构加断电两种状态下阻力矩方程,进一步基于单向递推组集建模方法建立了太阳翼侧板展开期间整星动力学微分代数方程组,分析了太阳翼驱动机构加断电状态下太阳翼二维展开运动对太阳翼和卫星安全的影响。研究表明:侧板展开期间太阳翼驱动机构位置处将会产生大角速度转动,危害太阳翼驱动机构线路安全,建议结合太阳翼驱动机构电路设计,合理选择太阳翼驱动机构加断电策略,并采取措施降低侧板展开到位时刻角速度。     

临界倾角轨道卫星双轴太阳翼热性能研究

卫星太阳翼的在轨温度状况直接影响电池阵的光电转换效率及太阳翼的可靠性。分析了 临界倾角轨道β角的变化规律,利用Ideas TMG建立了双轴太阳翼的轨道热分析模型, 根据β角和摆动轴位置设计了温度计算工况。对影响太阳翼温度状况的相关参数进行了 灵敏度分析,研究了临界倾角轨道卫星双轴太阳翼不同工况下的温度与温差变化。β角 的分析方法及太阳翼的建模方法适用于其它卫星及其太阳翼的热分析。     

圆形太阳翼模态仿真与试验研究

利用有限元软件SAMCEF实现了圆形太阳翼模态仿真分析，探究了翼面预紧力、约束方式和悬吊弹簧重力卸载系统对太阳翼模态的影响。结果显示，翼面预紧力对太阳翼模态影响较大；支撑车约束方式微小影响太阳翼第一阶模态；有支撑车相比无支撑车，太阳翼第一阶模态频率差值可达32.89%，因此地面试验不能使用支撑车；含悬吊弹簧重力卸载系统可有效减轻重力作用对模态的影响；此外，当弹簧刚度小于7 N/m时，其对太阳翼模态的影响小于0.59‰。随后，采用工作模态法和双点激振方式，经预试验优化地面试验方案；采用正弦扫频方法进行模态测试，获得了圆形太阳翼的前四阶模态振型和固有频率。最后，通过有限元模型修正，使模态仿真结果误差保持在4.16%以内，符合测试相关标准的要求。     

黏滞型阻尼器对太阳翼展开性能的影响分析

为保证太阳翼在轨展开锁定的可靠性,往往需要较大的展开驱动力矩、较高的力矩裕度;而为了减缓太阳翼展开锁定对SADA的冲击载荷,又需要较小的驱动力矩,较少的展开到位剩余能量。为解决两者之间的矛盾,采用了为太阳翼加装黏滞型阻尼器的方法,它既不降低展开锁定的可靠性,又能有效抑制冲击载荷。但须要注意的是,当阻尼系数过大时,由于地面展开试验存在不可避免的因素(如设备阻力、空气阻力等),太阳翼地面展开试验时可能发生无法完全展开的故障;因此,在选择阻尼器性能时,须要同时兼顾在轨展开和地面试验展开的可靠性。文章利用AD-AMS和Nastran/Patran软件联合建立了太阳翼在轨和地面试验展开的仿真模型,分别得到无阻尼器和不同阻尼系数下的太阳翼在轨和地面试验展开动力学分析结果;通过对仿真结果的分析比对,综合评估了黏滞型阻尼器对太阳翼在轨展开和地面试验展开的影响。     

基于遥测电流的太阳翼在轨振动参数辨识方法

针对传统太阳翼在轨振动特性测试需采用高精度星载设备或额外增设测量装置的问题,建立了太阳翼发电电流与太阳光线入射角之间、太阳翼在轨振动与太阳翼发电电流波动之间的关系。在此基础上提出了仅依靠遥测电流波动信息辨识太阳翼在轨振动固有频率和阻尼比的方法,即：首先通过傅里叶变换获取电流波动信号的幅频响应;结合模态分析结果辨识振动频率及对应阶次信息;通过滤波算法分解各阶次振动,逐一计算对应阻尼比。为验证本方法有效性及误差水平,构造了由多个单自由度衰减振动及随机信号叠加而成的模拟电流波动信号进行仿真分析,结果表明方法有效,误差可接受。在某卫星太阳翼在轨振动参数辨识上的应用实例也表明,本文所提出的方法满足工程应用需求。     

高分三号卫星飞行程序设计与在轨验证

高分三号(GF-3)装载有大型合成孔径雷达(SAR)天线及大型太阳翼,因此在其飞行程序设计中要重点考虑太阳翼和SAR天线的展开设计,以及它们的展开对卫星的扰动力矩和姿态的影响。通过分析显示:太阳翼展开对卫星姿态角和姿态角速度影响较大,为此对几种太阳翼展开未锁定的情况作出故障预案;通过分析SAR天线展开的动力学特性,以及SAR天线展开对卫星姿态的影响,进行相应设计,并为实现SAR天线展开可控,采取相应措施。GF-3卫星在轨验证结果表明:太阳翼和SAR天线展开结果良好,飞行程序设计合理有效。