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反作用轮扰动对航天器结构动态特性影响分析

作　者: 张利新
导　师: 赵阳
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 反作用轮 扰动 航天器 有限元方法 动态特性
分类号: V414
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


反作用轮高速旋转是卫星结构的扰动源之一,受反作用轮扰动的影响,航天器整体结构会产生微小振动从而影响高精度敏感设备的指向精度和工作性能。因此为了分析反作用轮扰动对航天器结构动态特性的影响,在系统总结这一领域研究现状的基础上,本文对反作用扰动引起的航天器结构动态特性进行了深入的研究,主要包括以下内容:首先,根据反作用轮扰动的特点和相关文献的实验结果,假设扰动是一系列离散谐波的线性组合、扰动力(力矩)与转速的平方成比例,采用参数辨识方法确定实验模型的谐波数、幅值系数,建立了反作用轮扰动的实验模型,为后续分析反作用轮扰动对航天器结构动态特性影响提供了扰动输入。其次,建立航天器结构的有限元模型,对地面状态与在轨状态的航天器结构进行了有限元分析。分析了两种状态下航天器结构的固有特性,并在此基础上对航天器施加反作用轮扰动,分析了反作用轮扰动对两种状态下航天器结构动态特性的影响,并给出了航天器结构的应变分布规律。接着,详细的比较了反作用轮扰动对地面状态和在轨状态航天器结构动态特性的影响规律,通过分析地面状态反作用轮扰动对航天器结构动态特性的影响,为指导地面实验奠定了基础,通过分析在轨状态反作用轮扰动对航天器结构动态特性的影响,为航天器在轨结构振动抑制提供了参考。最后,提取航天器结构在轨状态的动态响应数据,通过结构参数辨识来获取反作用轮扰动的传递特性,可以为航天器在轨结构振动控制系统设计提供力学模型,从而可以进一步采取有效的结构振动控制策略。本文详细地分析了反作用轮扰动对航天器结构动态特性的影响,研究成果将为航天器结构振动抑制的实现提供基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题研究背景和意义  9-10
  1.2 国际高精度航天器发展概况  10
  1.3 反作用轮系统研究概述  10-12
  1.4 反作用轮扰动对航天器结构特性影响概述  12-14
    1.4.1 引起反作用轮扰动的原因分析  12
    1.4.2 反作用轮扰动对航天器结构特性影响分析  12-14
  1.5 有限元方法  14-16
  1.6 本文主要研究内容  16-18
第2章 反作用轮扰动实验建模研究  18-30
  2.1 参数辨识理论  18-21
    2.1.1 参数辨识原理  18-20
    2.1.2 最小二乘法基本思想  20-21
  2.2 反作用轮扰动建模研究  21-23
  2.3 谐波数辨识方法  23-26
  2.4 幅值系数计算  26-27
  2.5 数值仿真分析  27-29
  2.6 本章小结  29-30
第3章 航天器结构地面状态动态特性分析  30-44
  3.1 航天器结构有限元模型  30-32
  3.2 航天器结构有限元模型边界条件  32
  3.3 航天器结构模态分析  32-35
  3.4 航天器结构频响分析  35-43
    3.4.1 反作用轮扰动对有效载荷舱的影响分析  37-39
    3.4.2 反作用轮扰动对太阳帆板的影响分析  39-41
    3.4.3 航天器结构应变分析  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章 航天器在轨状态结构动态特性分析  44-54
  4.1 航天器在轨状态结构模态分析  44-46
  4.2 航天器在轨状态结构频响分析  46-53
    4.2.1 反作用轮扰动对有效载荷舱的影响分析  46-49
    4.2.2 反作用轮扰动对太阳帆板的影响分析  49-51
    4.2.3 航天器结构应变分析  51-53
  4.3 本章小结  53-54
第5章 动态特性比较与反作用轮扰动传递特性分析  54-63
  5.1 航天器结构在轨状态与地面状态动态特性比较  54-59
    5.1.1 模态分析结果分析比较  54-55
    5.1.2 动态响应结果分析比较  55-57
    5.1.3 应变分布结果比较  57-59
  5.2 反作用轮扰动传递特性分析  59-61
    5.2.1 反作用轮扰动到有效载荷舱的传递率  60
    5.2.2 反作用轮扰动到太阳帆板的传递率  60-61
  5.3 本章小结  61-63
结论  63-65
参考文献  65-70
攻读学位期间发表的学术论文  70-72
致谢  72

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 基础理论及试验 > 航天器结构力学
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