带太阳帆板航天器刚柔耦合动力学研究

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1、带太阳帆板航天器刚柔耦合动力学研究第Z7卷第3期Z006年5月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAVol.Z7No.3MayZ0061000-6893Z00603-0418-05文章编号!蒋建平李东旭国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073ResearchonRigid-flexibleCouPlingDynamicsofSPacecraftwithSolarPanelJIANGJian-pingLIdong-xuCollegeofAerospaceandMaterialEngineeringNationalUniversityofdef

2、enseTechnologyChangsha410073China摘要以带有太阳帆板的航天器为研究对象计及太阳帆板变形位移场的非线性耦合项采用假设模态离散变形基于Kane方程建立起系统的刚柔耦合一次近似动力学模型分别就大范围刚体运动已知和未知两种情况下进行了数值仿真仿真结果说明此模型能准确的预示大范围运动下挠性航天器的动力学行为而传统的零次近似动力学模型由于丢失了动力刚度项而会得到错误结论关键词刚柔耦合动力刚化假设模态数值仿真Kane方程中图分类号V414.3+3———————————————————————————————————————————————文献标识码AAbstractThe

3、rigid-flexibledynamicsofspacecraftWithsolarpanelisinvestigatedinthispaper.differentfromthetraditionalmodelingmethodWhichlosesthedynamicstiffnesstermsthepresentmodelingmethodthatemploysthenonlinearcouplingtermsoftheelasticdeformeddisplacementcancapturethedynamicstiffnessterms.Themodalassumptionmeth

4、odandKanesmethodsareemployedinordertoderivethefirstorderap-iceCuations.TheresultsofnumericalsimulationshoWthatthepresentmodelingmethodproximatedynamitofvalidityofthetraditionalmodelingmeth-providesnotonlytheaccuratesimulationresultsbutalsothelimod.Keywordsrigid-flexiblecouplingdynamicstiffeningmod

5、alassumptionnumericalsimulationKaneeCua-tions现代航天器通常带有大型挠性结构如大尺度天线太阳帆板及空间桁架等在轨运行航天器常常会进行轨道转移大角度姿态运动以及其挠性附件的大角度机动等这些大范围刚体运动可能激起其挠性附件的大幅度弹性变形运动且这两种运动相互耦合使这种航天器的动力学行为非常复杂在分析挠性航天器动力学问题时人们时常在某个阶段进行线性化处理但这种线性化常常Kane于1987年首次指出大范———————————————————————————————————————————————围运动下的柔性体将出现动力刚化现象传统的动力学建模方法将得到

6、错误的结论近Z0年来国内外学者3～9合的形式得到了引起动力刚化现象的动力刚度4项Yoo在此基础上简化了动力学方程的推导过程并给出了这种建模方法的一个简单的解释国5～8内不少学者也采用这一方法对大范围运动梁和板进行了动力刚化问题的研究但是这些文献大多是给定柔性体大范围的刚体运动研究刚体运动对柔性体变形运动的影响而没有考虑柔性体的变形运动对其大范围刚体运动的影响从实质上讲这是一种非惯性系9下的结构动力学问题带来缺陷1Z本文以大范围刚体运动下的带有太阳帆板的4航天器为研究对象采用Yoo的研究方法建立针对动力刚化问题进行了大量的研究提出了许多有效的建模方Z3法KaneBanerjee等利用柔性体自

7、身的变形特点———————————————————————————————————————————————假定梁构件中性轴不可伸缩板的中性面不起航天器的刚柔耦合一次近似动力学模型数值仿真发现在给定系统的大范围刚体运动时包含有动力刚度项的一次近似动力学模型能够正确预示挠性板的动力学行为大范围刚体运动姿态运动未知时挠性附件的弹性变形运动与航天器的姿态运动发生强烈的耦合作用本文的刚柔耦合一次近似动力学模型更能准确揭示系统动力学