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某卫星新型帆板展开机构故障机理分析及解决方案研究

永强  
【摘要】:太阳帆板是卫星在轨运行时主要能量来源,对卫星寿命、任务圆满完成等都有重大意义。某卫星由于卫星总体质量约束和运载火箭整流罩的约束,对帆板展开机构方案进行一定改进,使其符合微纳卫星自身的特点。该卫星在初样研制阶段,振动试验之前帆板能顺利展开。振动试验结束后帆板未能展开,人为触动后能展开,但展开时间明显增大。针对某卫星在初样研制阶段新型帆板展开机构发生故障,论文主要研究内容如下:首先,介绍某卫星结构特点、卫星振动试验及帆板地面展开实验,对帆板展开动力学传统模型进行改进,分析卫星帆板展开故障机理。介绍新型帆板展开机构,对比介绍传统帆板展开机构和新型帆板展开机构的优缺点,描述某卫星振动试验和帆板展开实验故障。引入帆板展开动力学传统模型,分析恒力矩铰链帆板展开机构在振动试验前和振动试验后展开角度与时间的关系。针对帆板展开动力学传统模型在计算振动试验后帆板展开运动时存在不足,本文对帆板展开动力学传统模型进行改进,并以此为基础,分析某卫星帆板展开故障机理,对比仿真结果和实验结果验证改进模型的准确性。其次,定量分析振动试验中铰链接触碰撞力和磨损,研究不同参数对接触碰撞力的影响。分别对比和分析Hertz模型、K-V线性弹簧阻尼模型、H-C接触力模型和L-N接触碰撞力模型,利用L-N接触碰撞力模型定量分析某卫星铰链在振动试验过程中接触碰撞力大小。结合Archard磨损模型探索在振动试验中与铰链磨损量大小相关的参数。随后,利用Solid Works建立关节轴承三维模型,利用Simulation模块详细探讨接触碰撞力和关节轴承磨损关系。最后,选择不同的初始碰撞速度和不同的恢复系数,研究它们对铰链接触碰撞力的影响,为解决某卫星帆板展开故障提供重要参考。最后,结合某卫星的结构特点,提出某卫星帆板展开故障解决方案,通过对比分析帆板展开动力学改进模型、ADAMS模型和实验结果验证解决方案的有效性。某卫星采取增加辅助分离弹簧和提高铰链支撑刚度两种措施解决帆板展开故障,随后利用帆板展开动力学改进模型分析改进后的帆板展开过程,随后基于ADAMS建立某卫星帆板展开动力学模型验证改进模型的准确性,再与地面实验结果相比较验证帆板展开动力学改进模型的准确性和解决方案的有效性。


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