太阳能电池阵地面展开试验仿真技术硕士学位论文

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1、复旦大学硕士学位论文太阳能电池阵地面展开试验仿真技术姓名：张凡立申请学位级别：硕士专业：工程力学指导教师：唐国安20070605摘要太阳能电池阵是卫星必不可少的主要部件，太阳能电池阵在轨道上的展开运动动力学分析对卫星设计起着很重要的作用。为保证太阳能电池阵在空间展开的可靠性，必须对其展开进行地面试验。地面试验处于空气介质和重力环境中，为克服重力影响采用悬挂机构和气浮平台．由于空气阻力和机构摩擦力的影响，地面试验中电池阵展开的动力学参数(展开时间、展开速度)与空间展开的数据不一致。有必要对地面展开的实测数据进行相应的修正，在此基础上根据对地面的展开试验结果预示电池阵在轨展开动力学特性．作者就相

2、关问题展开了研究，主要内容有：根据太阳能电池阵在地面展开试验条件下的受力状态，提出了蜗卷弹簧恢复力、空气阻力、铰链副干摩擦阻力矩，悬挂机构和气浮平台摩擦阻力矩等受力条件的定量计算方法，利用Lagnmge方程建立了电池阵展开过程的动力学方程，由此对太阳能电池阵的地面展开试验进行了动力学仿真。空气阻力计算中三维流场分析是耗时的数值计算问题，如考虑空气流动和电池阵展开的耦合，更将增加计算复杂性。提出了正比于空气附加转动惯量和电池阵展开角速度的空气阻力模型，用附加转动惯量矩、展开角速度和阻力系数的乘积表示空气的阻力矩。使得空气阻力计算方法大大简化，便于工程应用。基于已有型号A、B电池阵地面展开和空间

3、展开的实测数据，对相关参数作了辨识，并由此通过数值仿真对新型号C电池阵的空间和地面展开进行了预示．利用边界元积分方程推导了偶极子配置法计算空气附加质量的误差表达式，并根据误差表达式推导了附加质量外推算法．关键字：太阳能电池阵；展开；动力学；摩擦；阻力；空气；附加质量；参数辨识AbstraetSoI盯arrayisallessentialcomponentofsatellite．DeploymentdynamicsofsolararrayinorbitisindispensabletOsatellitedesign．Solararrayofsatellitesiscommonlyconsist

4、edofayOI【eandseveralpanelswhichareconnectedbythehingesandclosed-loopconfiguration．ItiskeptfoldedduringlaunchanddeploysinorbiLDuringdeployment,thepre-loadedtorsionspringsateachhingeprovidestheenergy．Inordertotestreliabilityofsolararray,deploymentexperimentsinthegroundenvironmentisafeasibleandeffecti

5、vemethod．Airresistanceandgravityshouldbetakenintoconsiderationduringdeploymentexperimentsontheground．Suspensionconfigurationandairfloatingsustainmenta聪usedtoeliminatetheeffectofgravity．Asaresultofairresistanceandfrictionforce,resultsofgroundexperimenta_rediscrepantwiththatofspacedeployment．Itisnece

6、ssarytomodifytheresultsofgroundexperiment．DeploymentdynamicofsolararrayinthegroundenvironmentWassimulatedbynumericalmethods．Amethodisdevelopedtocalculateelasticrestoringforcefrompre·loadedtorsionsprillg，airresistance，frictionforcefromsuspensionconfigurationandhinge，set叩dynamicsequationsfordeploymen

7、taccordingtoLagrangeEquations．Airflowinducedbyvibrationofsolararrayisanalyzedwithasimplifiedmodelusingkineticenergyresistancemoment,inwhichairresistancemomentandaddedmassarcindirectratio．Parametersconcernin