携带多基板铰链连接太阳翼的航天器振动特性分析
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摘要
随着现代航天技术的发展,许多航天结构趋向于大型化、复杂化、大柔度、展开式和装配式结构,使得铰链连接结构广泛用于航天领域。由于铰链连接结构的阻尼和刚度分布于各离散位置上,导致航天器整体结构的刚度和阻尼在局部出现突变,并对整个航天器的模态造成影响。同时,铰链连接结构所产生的强非线性,给准确预测此类大型航天器的动力学特性带来许多困难。大型航天器主要是由桁架、梁、板、壳等简单子结构通过连接结构组装而成的复杂空间结构,这类柔性航天器具有低频、密模等复杂动力学特性。对于此类航天器而言,如何得到低维高精度的动力学模型是对整个系统的非线性特性进行准确分析的关键。本文以携带多基板铰接太阳能翼的大型柔性航天器为研究对象,采用全局模态分析方法建立系统的非线性动力学模型。首先将铰链连接结构简化为可发生扭转变形的线性弹簧,建立描述具有分布参数的子结构(太阳能基板)振动的偏微分方程、描述具有离散系统的子结构(中心刚体)的常微分方程。利用铰链连接结构的力与位移的相容条件和系统的边界条件导出统一形式的特征方程,据此获取系统的固有频率和表征铰链转动和太阳能帆板弹性振动在内的全局模态,分析铰链特征参数变化时结构模态的跃迁现象,以及铰链连接结构对航天器整体结构固有特性的影响。同时,系统中各个子结构和连接结构的弹性振动用全局模态和统一的广义坐标表示,通过系统全局模态的正交性得到低维高精度的非线性动力学模型,为系统的非线性动力学特性分析和控制器设计奠定基础。
引文