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一种太阳翼振动应变传感器的设计、分析与试验研究

李宁  
【摘要】:太阳翼是航天器上应用最广泛的太阳电池阵形式。随着观测卫星、空间站等大型航天器的发射运行,作为航天器电源的太阳翼不断向大型化、轻质量化发展。例如,国际空间站的太阳翼就是一类柔性薄膜式太阳翼。为了适应大型航天器的发展要求,太阳翼多采用质量轻的柔性和半刚性基板,使其重量减小,功率质量比增大。然而,这类大型太阳翼的低质量、大跨度及多体连接等结构特点,决定其具有基频低、阻尼弱和模态密集等动力学特性。一旦受到干扰,结构极易发生强烈振动,并且难以自然衰减,严重影响航天器的正常工作。因此,太阳翼的振动控制非常必要。太阳翼振动的实时有效测量,是太阳翼振动控制的重要基础。所以设计一种能够在苛刻的空间环境中实时有效测量太阳翼振动的传感器,对太阳翼的振动控制具有重要的意义。本文在上述的工程背景下,主要开展以下工作:1、综述了太阳翼振动测量的难点和振动测量传感器的发展概况。2、详细地说明了应变测量的原理,提出了适用于太阳翼振动测量的应变传感器的设计原则,并根据这些原则设计了一种振动应变传感器——应变片组。3、基于太阳翼的振动模态分析,提出了应变片组位置配置的方法和关键指标,并通过对太阳翼结构中应变片组位置配置的数值分析,确定应变片组在太阳翼上的最佳配置位置,最后对太阳翼上不同位置的应变片组进行对比试验分析。4、在复合材料的热膨胀性能和热膨胀机理分析的基础上,分析了温度变化对应变测量的影响;通过不同基底的应变片组的真空热循环试验,确定了应变片组的基底;通过应变片组的太阳翼振动测试以及粘贴于太阳翼的应变片组的真空热循环试验,评价了应变片组测量的实时有效性、可靠性和稳定性。


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