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太阳电池阵的结构动特性及展开故障动力学模拟

吴小燕  
【摘要】:太阳电池阵是航天器的主要部件,其动力学性能的优劣直接影响着航天器的运行性能,甚至航天器在轨运行的成败,国内外均发生了由于太阳电池阵展不开或性能退化而导致航天器失效的事件。随着航天科技的发展,对太阳电池阵的动力学性能和运行可靠性的要求越来越高,开展太阳电池阵存在故障时的动力学模拟及其结构动特性实验研究具有重要意义。为此,本文建立了太阳电池阵动力学模型,数值模拟了存在故障时的太阳电池阵动力学性能,并开展了太阳电池阵的结构动特性研究。 本文根据太阳电池阵的组成特点,将太阳电池阵分成各个子结构,其中包括帆板、连接铰、锁定机构、同步机构和驱动机构;基于ADAMS软件二次开发功能进行动力学建模。利用基于ADAMS软件平台建立的太阳电池阵动力学模型,对可能产生的典型故障如铰链、锁定机构和绳索联动同步机构存在故障的太阳电池阵展开动力学行为进行了数值模拟,得到了太阳电池阵存在展开故障时的运动特性。模拟分析结果表明:铰链和绳索联动机构存在故障时都将导致太阳电池阵不能准确、平稳展开;由于同步带的限制作用,锁定故障对太阳电池阵展开特性影响不大。 研制了太阳电池阵模拟实验装置,搭建了实验测试系统。采用DASP试验模态分析软件分析了太阳电池阵的结构动特性,揭示了帆板和铰链的数目、同步绳索机构预紧力、铰链驱动销轴间隙和铰链锁定销轴间隙等因素对展开状态下的太阳电池阵动特性的影响。实验结果表明:帆板和铰链数目越多,太阳电池阵系统越复杂,非线性影响越严重;在一定条件下,增大同步绳索机构预紧力、减小铰链驱动销轴间隙和铰链锁定销轴间隙,太阳电池阵固有频率会提高。


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