卫星结构的拓扑优化与灵敏度分析

在已知某卫星主承力结构的空间大小、约束及载荷条件的情况下，通过对一连续体进行拓扑优化得出主承力结构的最优结构形式。并在此基础上对卫星上十五个结构参数进行了灵敏度分析和尺寸优化，计算结果证明由连续体通过拓扑优化得到桁架结构的最优拓扑是可行的，若再结合灵敏度分析及尺寸优化，可以大幅度减轻卫星结构重量，改善卫星结构的动力特性。     

结构局部刚度变化对小卫星动特性影响

首先针对模块式小卫星动特性进行灵敏度理论分析，分析目标是寻找提高结构动特性的局部位置和参数。然后基于有限元法分析改变局部刚度对结构动特性的影响。小卫星结构动特性分析计算的主要问题是建立计算成本可控的有限元模型，本文详细讨论了小卫星有限元模型建模方法和简化途径，并通过7个算例考察改变模块底板局部刚度、改变适配器支撑刚度、模块问设置弹簧模拟阻尼器等对小卫星结构动特性的影响。灵敏度分析和计算表明，影响动特性的主要因素是模块盒底板刚度和星箭适配器的支撑刚度；增加模块局部刚度以及适配器支撑刚度可以屏蔽星体摆动和包带联结部位的某些频率，同时可以减缓部分中间模块的振幅；在部分模块间设置弹簧可以模拟阻尼器或减振器的效果。另一方面，降低适配器刚度可以增加隔振作用。因而优化模块刚度分布和支撑刚度分布是改进动力学性能的有效途径。本文分析为模块式小卫星动力学修改以及多功能结构设计和主动振动设计提供依据。     

探测一号科学探测卫星的结构分析

根据探测一号科学探测卫星的结构形式，建立卫星的有限元模型，进行静力、模态、动力响应及稳定性计算，结合理论分析和以往的设计经验，实现对卫星结构的合理改进，最终得到了较为满意的结构设计。     

空间卫星红外辐射灵敏度分析

考虑卫星本体表面包覆绝热材料的实际物理状态,根据数值传热学和有限容积法建立了目标表面温度场和红外辐射计算模型.建立卫星结构模型,基于热控涂层性能退化,提出红外辐射灵敏度概念,并建立了卫星红外辐射灵敏度计算模型.对在轨飞行卫星的瞬态温度场进行数值模拟,与遥测数据对比分析.最后,分析了空间卫星的红外辐射和红外辐射灵敏度.结...     

基于Sobol法的固体火箭发动机喷管参数的灵敏度分析

为了准确量化材料参数与结构参数的不确定性对固体火箭发动机喷管热破坏的影响,基于Sobol法发展了一种喷管参数的灵敏度分析方法。该方法首先通过完全耦合热力分析得到喷管的应力分布及喉衬与扩张段上的应力极值;然后分别在喉衬与扩张段的不确定性参数中选取对应力极值影响较大的材料参数和结构参数进行随机取样,并将得到的样本作为输入变量代入喷管热力分析中,获取应力极值处的等效应力和环向应力两组输出响应;最后基于Sobol法对输入样本和输出响应进行分析,得到各参数的灵敏度值。分析结果验证了该方法的有效性,并表明对于喉衬,等效应力极值和环向应力极值的敏感参数均为材料线膨胀系数;对于扩张段,除了材料线膨胀系数外,等效应力极值和环向应力极值对结构夹角的变化同样较为敏感,材料线膨胀系数的变化对环向应力极值的影响最为显著,而结构夹角的变化对等效应力极值的影响更显著。     

太阳电池阵布局对微小卫星结构特性影响

通过对比某型号微小卫星两种体装式太阳电池阵布局及连接方式,从结构响应灵敏度的角度分析了结构的阻尼对整星顶板太阳敏感器测点加速度响应的影响程度。同时对两种方案整星的正弦振动试验结果对比分析,结果显示:减少侧板固定连接点且增加电池片数量的方案使其顶板部分测点响应超出了设备试验条件,且比初始设计方案测点的响应高出了27.1%,纵向和横向一阶频率均有不同程度的降低。因此,从结构特性的角度来看,初始设计方案更为合理。     

嫦娥一号卫星定向天线动力学仿真分析

采用大型有限元软件MSC.NASTRAN,对嫦娥一号卫星定向天线压紧与展开两种工作状态下的模态与压紧状态下的加速度动力学响应,进行数值计算分析.针对双轴定向天线结构特点,结合双轴电机试验参数,引入扭簧单元对双轴电机结构进行模拟,并将天线压紧状态下的固有频率和关键点的加速度响应计算结果与试验结果进行了对比分析,两者具有较...     

复杂航天器结构火工冲击环境预示方法研究

针对复杂航天器结构在宽频、瞬态火工冲击载荷激励下其响应难以预示的问题,以某型复杂卫星结构为研究对象开展了火工冲击环境预示方法研究。首先,推导了基于加速度频响函数(FRF)的虚拟模态综合法(VMSS)的理论公式。对于复杂卫星结构各子系统动力学特性存在较大差异的特点,建立了有限元-统计能量分析（FE-SEA）混合模型,并进行响应计算,获得了加速度频响包络曲线及模态数曲线,为虚拟模态综合法的响应预示提供输入。然后,对复杂卫星结构推进舱底板和侧板的火工冲击响应进行了计算分析。最后,将计算结果与整星火工分离冲击试验结果对比发现两者基本保持一致。研究结果表明,联合FE-SEA混合建模技术和虚拟模态综合法能够对复杂卫星结构火工冲击环境进行较为精确地预示。     

卫星发动机羽流污染模型的DSMC方法研究

文章通过DSMC（Direct Simulation Monte Carlo,直接模拟蒙特卡罗）方法对卫星发动机羽流进行数值模拟,对仿真方法进行了对比验证,证实了DSMC方法可以比较精确地模拟羽流场。在建立卫星污染模型的过程中,针对污染发动机喷口形状的变化以及出口参数的变化,对DSMC方法模拟结果进行了对比,得到喷口形状和出口参数的变化对模拟结果的影响,并得到最优的卫星敏感表面羽流污染计算模型。     

某结构在振动-加速度复合环境下的响应优化

文章以结构的安装角为设计变量,根据结构安装位置的合理性来确定设计变量的约束条件。以结构关键部位的加速度均方根值作为目标函数,建立了随机振动-加速度复合载荷作用下基于安装角的某结构响应优化模型。应用ANSYS软件中的参数化设计语言（APDL）实现了离心场中结构随机振动响应对安装角度的灵敏度分析及优化。优化后的结构振动响应降低了。     

利用航天器分舱段振动试验数据获取整器响应的方法

未来大型组合体航天器振动试验可能难以在现有设备上进行,需要进行分舱考核。文章针对此问题开展了利用分舱段振动试验获取整器响应的方法研究。提出的方法为:根据不同界面下模态的映射关系,利用单舱段的振动试验数据辨识出舱段的两端固支模态;采用模态综合技术计算出整器组合体模态参数,拟合出结构的加速度响应传递函数;结合整器的加速度试验条件可以给出整器的试验响应曲线。仿真验证结果表明该方法合理可行,具有工程应用价值。     

基于随机振动响应的结构非线性参数识别

复合材料结构呈现出典型的量级非线性特征,非线性刚度的研究是结构设计和分析的基础。结构使用环境多数存在随机振动载荷,在更接近真实使用环境下对非线性参数的识别结果更加适用。文章提出了基于随机减量法和连续小波变换的非线性参数识别方法,设计了基于随机振动响应的非线性刚度识别程序;通过立方刚度单自由度非线性系统算例,验证了识别方法和程序;并通过试验研究了典型复合材料结构的量级非线性特征。结果表明,基于随机减量法和连续小波变换的非线性参数识别方法具有较好的识别精度,多自由度系统不同谐振阶次的非线性特性存在差别。研究结论对于随机振动环境下结构非线性参数识别和建模具有一定的参考价值。     

40吨振动台虚拟试验仿真技术研究

从卫星工程结构动态试验的重要性，提出了振动台试验计算机虚拟仿真技术研究是当前研究的前沿课题。文中介绍了振动台虚拟试验技术研究的基本内容，侧重介绍有限元数学模型修改技术、方法，并详细阐述了台面控制振动台试验计算机仿真技术的实现方法，以及40吨振动台空台试验的计算机仿真分析和结果。     

星载天线基础结构特性对振动响应的影响分析

文章通过对星载天线振劫响应问题的分析,提出了提高设计质量和改进设计方法的建议：首先,在抽象和归类的基础上,将上／下层天线结构简化为二级隔振系统：通过对上／下层二级隔振系统分析,推导了传递函数。然后,通过改变下层结构的阻尼特性、质量特性和刚度特性,定量地分析了不同参数情况下传递函数的变化情况,最后．根据分析和计算结果,提出了一般的设计规则和建议．     

某平台卫星发射及在轨力学环境测量与分析

为获取航天器准确的发射及在轨力学环境数据,设计了一套具有数据采集、存储和传输功能的星载测量系统。利用该系统对某大型平台卫星发射飞行过程进行了测量,获取了星箭界面及卫星结构典型位置在发射主动段的正弦振动响应、随机振动响应、冲击响应及在轨微振动的环境数据。将测量数据与星箭载荷耦合分析结果、地面力学试验结果进行了详细对比,结果表明:星箭载荷耦合分析的结果在星箭界面处横向相对准确,而纵向在有限频段准确,其他频段及星上分析结果均大于测量结果,即存在极大裕度;地面试验结果大于测量结果,意味着有较大的裁剪设计空间。测量数据对后续卫星模型修正、试验条件设计、相似平台卫星抗力学环境优化、部组件设计等均具有重要的参考价值。     

应用圆盘工装谐振实现高量级随机振动

针对高量级随机振动试验提出了一种利用工装谐振原理在振动台上实现高量级振动的试验方法。首先在理论上分析振动台系统的圆盘工装的振动特性,利用谐振原理设计了结构响应放大装置,并在理论上分析了该装置的结构响应放大的可行性,最后应用该装置成功完成了伺服机构高量级步进随机振动试验,验证了其在高量级随机振动试验中的有效性。     

六自由度激励台的结构动力学等效建模

六自由度激励台是多轴同步振动环境模拟的重要地面设备,因其结构复杂且具有多个运动自由度,而难以构建准确的结构动力学模型。文章针对6-PSU构型激励台的结构动力学特性,提出其参数型建模与模型修正方法。首先确定模型修正的对象为含轴承和导轨等接触运动副的铰链与作动部件,提出采用刚度与质量解耦的方法建立其含参等效动力学有限元模型;然后以该等效模型为基础,通过模态参数修正铰链和作动部件等效梁模型参数,再利用频响函数修正模型中轴承和导轨的接触刚度参数,得到了修正后的激励台等效结构动力学模型。修正后的有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了建模方法的有效性。     

一种包带抱紧结构动态特性的试验研究

对卫星上一种安装气瓶的包带抱紧结构进行了力学动态试验的分析研究,测试了包带抱紧结构组件的基频特性随拧紧力矩的变化以及随振动量级的变化,测试数据表明抱紧结构基频随拧紧力矩增加而提高,并在一定拧紧力矩下达到稳定。经过模拟星上振动环境的测试,得到了频率特性保持稳定的拧紧力矩。在三种不同量级的正弦振动下,试验数据表明振动量级会...     

航天器精密设备隔振问题的功率流最优化研究

空间开发及探测活动使航天器及其所携带的精密设备置于非常复杂的力学环境之下，为此，隔振技术在航天技术领域得到了广泛的应用。本文针对航天器上典型隔振问题，建立了隔振系统振动功率流响应特性分析模型；并以减振器安装界面的振动功率流为综合控制量，以减振器的特征参数为优化变量，分别建立了单目标和多目标加权的优化模型；最后，以一多自由度集中参数模型为例，研究了该隔振系统振动功率流响应特性及减振器系数的优化问题，计算结果不仅验证了模型推导的正确性，并且表明，功率流分析方法能够独到地预示隔振系统振动能量的分布特性，基于振动功率流的减振器动力特性的参数优化设计可以有效地改善隔振效果，具有一定的工程意义。     

太阳翼铰链结构的动力学实验与非线性动力学建模

通过动力学实验获得真实的太阳翼板间铰链结构于不同激振频率下的振动响应参数,并采用力状态映射法建立板间铰链的非线性动力学模型。首先,采用单频激励信号模拟外扰对实际的板间铰链结构实施动力学实验;然后,基于其结构具有的多重非线性动力学特性,根据实验数据应用力状态映射法辨识结构的动力学参数,建立其非线性动力学模型;最后,对由太阳翼板间铰链连接的两段梁所构成的系统进行了冲击激励下的振动响应测试,同时进行了有限元动力学仿真,实验测试结果和数值仿真结果取得了较好的一致性。本文建立的太阳翼板间铰链非线性动力学模型能够较好地反映其动力学特性,对于实际太阳翼结构的动力学建模具有理论参考价值。