卫星太阳电池阵平展试验的冲击测试与冲击抑制

为准确测试卫星太阳电池阵平展试验过程中的冲击影响,降低冲击带来的负面影响,文章对试验过程进行仿真分析,设计了冲击测试方案以及冲击抑制机构,并以某型号太阳电池阵为例进行试验验证。结果表明:测试方案可对平展试验中产品所受冲击情况进行有效评估;使用冲击抑制机构后铰链处的冲击得到了有效抑制。     

具有不确定性连接刚度的太阳电池阵基频分析

以铰链副抗弯刚度具不确定性的太阳电池阵为研究对象,考虑加工和实验误差等随机因素,用数值计算方法仿真电池阵的基频实验,对安装在同一电池阵上的不同组、抗弯刚度满足一定分布规律的铰链副进行多次仿真实验,建立了铰链副抗弯刚度和电池阵基频的仿真样本,用高斯过程回归方法训练出两者间的映射关系,获得了电池阵基频期望值及置信区间关于铰链副抗弯刚度的变化关系。给出了电池阵基频关于铰链副刚度参数不确定性的分析流程。分析结果表明:在铰链副刚度不确定条件下,高斯过程回归方法可确定电池阵基频期望值和协方差表达式中的超参数,与其他回归或插值方法等相比,不仅能预示电池阵基频的期望值,而且可估计其置信区间。在加工和实验误差不可避免的实际情况下,有必要生产多组铰链副进行模态实验并对同一组铰链副适当增加重复实验次数,使其能合理预示电池阵基频的不确定性,减小实验误差的影响,预示合理的基频。     

太阳电池阵的铰链副刚度参数识别

为正确识别太阳电池阵铰链副的刚度参数,用形状简单、建模相对容易的有机玻璃板列阵不同状态下模态试验结果估计待识别参数的初始值,通过线性化目标函数,将参数识别归为易求解的数学规划问题,最终直接用商用有限元分析程序和数学软件实现参数识别。识别结果表明,理论计算值与试验结果基本吻合。     

展开锁定对太阳电池阵驱动机构的冲击载荷分析与测量

太阳电池阵在空间会以较大的速度展开到位并锁定,这会给太阳电池阵的对日定向驱动机构(SADA)带来一定的冲击载荷,而仅依靠软件仿真很难得到准确可靠的冲击载荷数据。文章提出在卫星星体与太阳电池阵根部铰链之间串接一个测量工装,通过测量工装产生的应变可间接获得冲击载荷。该技术措施已在型号研制中得到应用,为驱动机构承载能力的设计分析和考核提供了依据。     

航天器太阳电池阵空间外热流环境模型及分析

文章通过对航天器运行的空间外热流环境进行分析,给出太阳电池阵接收热流及其角系数的计算方法;对低地球轨道和地球同步轨道的地球阴影进行分析,得出太阳电池阵进出阴影的时刻以及轨道周期时间节点;通过对太阳电池阵的各部件有限元建模,计算出摇臂架、电池基板和铰链表面的热流载荷,并对比分析了不同轨道条件下热流载荷随轨道周期性的变化规律。     

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。     

大型太阳电池阵模态试验方法

在大型太阳电池阵的研制阶段,需要进行大量模态试验以掌握结构的固有动态特性,进而指导设计和修正有限元模型。文章以大型太阳电池阵为研究对象,分别采用气浮方式和悬挂方式模拟自由边界条件,使用预紧力释放、MB大推力激振器和APS大位移激振器3种激励方法对其进行试验,并对各种模态试验方法所获取的试验结果进行了分析比较。研究表明:采用悬挂方式比采用气浮方式所测得的太阳电池阵侧摆频率更为准确;获取太阳电池阵模态参数行之有效的方法是先采用预紧力释放法得到固有频率,然后采用APS激振器激励方法得到振型;激振器激振杆横向刚度选择不当会影响模态测试结果,需选用横向刚度较小的柔性激振杆。     

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。     

双轴太阳电池阵驱动机构动强度分析方法

针对长寿命、小型双轴太阳电池阵驱动机构动强度分析中轴承连接建模难的问题,首先,提出并实施了基于历史产品试验数据和理论公式在设计阶段确定装配状态下轴承刚度的方法;然后,建立了整机动强度分析模型,计算得到的模态频率和试验结果相一致,提高了仿真精度;随后开展发射与展开过程动态载荷作用下的强度分析,给出了整机结构在随机振动和冲击载荷下的动应力分析结果。以上研究可为在设计阶段进行整机动强度安全性评估提供参考。     

基于振动试验的基板刚度测试

为获取太阳电池阵基板性能,通常在基板生产过程中同步制作随炉件,采用三点弯曲法测试随炉件刚度,进而间接判断基板的性能。但是由于外界因素的影响,该测试结果难以反映基板的真实刚度。文章提出采用单板振动试验测试基板弯曲刚度,并针对某型号太阳电池阵基板完成了测试。测试结果表明:基板实际刚度与数值分析结果仅相差2.2%;与三点弯曲法测试结果相比,振动试验测试结果可以更准确反映基板真实性能。     

太阳翼展开过程中锁定冲击载荷研究（英文）

针对一类典型太阳翼,采用NASTRAN和ADAMS软件建立了太阳翼展开锁定通用分析模型;提出了一种改进的铰链建模方法,能够考虑铰链的所有重要刚度系数;最后,研究了有限元模型导入柔性多体模型的模态数、计算步长、铰链刚度和模态阻尼等参数变化对锁定冲击载荷的影响。通过分析可知,计算时需选取足够多的模态数及足够小的计算步长,还要采用较小模态阻尼,以得到冲击载荷的保守设计值。此外,地面试验得到多组刚度测试结果时,应选取最大刚度试验值,以得到保守结果。研究表明,文章采用的太阳翼展开锁定模型能够得到更准确的冲击载荷结果,并易于实施。     

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...     

考虑重力影响的太阳翼模型修正方法研究

太阳翼结构地面模态试验时重力导致的几何非线性不能忽略,因此提出了一种考虑重力影响的柔性结构动力学模型修正方法。首先推导了地面环境下结构的切线刚度矩阵,求解广义特征值,得到重力影响下的模态,对试验和计算得到的模态振型进行匹配,并进行参数的灵敏度分析,选取合适的修正参数并迭代求解参数的修正量。以展开锁定情况下的太阳翼组合结构为研究对象,对比研究发现重力对模态频率有影响,采用分步修正策略,依次对单翼板弹性参数和翼板间连接刚度进行修正,研究结果表明本文方法不仅收敛速度较快,且具有较高的精度。     

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。     

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。     

太阳翼铰链锁紧槽的设计研究

针对国内航天器太阳翼所使用的铰链形式,根据产品使用需求,提炼出了铰链锁定装置的功能要求,在此基础上导出了锁紧槽的设计要求、设计流程,提出了一种锁紧槽曲线的设计方法,并通过实例仿真验证了其正确性。     

一种精确计算航天器本体对太阳电池阵遮挡的方法

针对航天器太阳电池阵电设计和热设计中需要准确考虑阴影影响的问题,提出了一种可以精确计算太阳电池阵阴影的方法。首先使用三角网格来建立3D模型,其次考虑了航天器本体构件间的相对运动,然后用一个“包围盒”去截取模型上的三角网格点,再把这些点投射到太阳电池阵上,最后把太阳电池阵分成小方格,分别使用逐点比较法和最小矩形法来生成阴影图形。给出了月球车遮挡计算的实例,仿真分析表明生成阴影图形时,最小矩形法具有更高的速度。使用本文所述的方法,可计算结构复杂、构件间有相对运动的航天器本体对太阳电池阵造成的遮挡,能生成精确的阴影图形,为后续计算受遮挡的太阳电池阵的输出特性奠定了基础。     

太阳电池阵锁定冲击试验方法

为了研究太阳电池阵展开到位时产生的锁定冲击对卫星本体或驱动机构等装置的影响,需要对冲击力矩的大小进行测试。文章通过锁定冲击试验对锁定瞬间太阳电池阵根部产生的应变进行采集;然后对试验数据进行分析、处理,获取了太阳电池阵到位锁定时的冲击力矩,并将试验值与仿真分析的结果进行比对,证明了该试验方法的有效性;最后针对卫星在轨运行环境与地面试验环境的差异,提出了试验改进措施。     

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。