基于虚质量法太阳电池阵模态研究

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1、基于虚质量法太阳电池阵模态研究摘要：电池翼面积大刚度小，在地面试验中空气对其影响较大，如何准确预测电池阵动力学特性，对整个空间飞行器设计至关重要•基于虚质量法分析空气对展开状态太阳电池阵影响，通过试验完成验证对比分析.结果表明，采用虚质量法计算太阳电池阵具有较高精度，而不考虑空气的影响误差较大.关键词：太阳电池阵；模态；附加质量；空气中图分类号：V423.44文献标志码：B0引言太阳电池阵是卫星长期在轨工作的能量来源，电池阵面积越大，其1阶模态频率越低，为保证卫星安全、平稳地运行，卫星姿态控制系统设计要求结构设计方提供较为准确的电池阵展开状态低阶模态频率［1］.太

2、阳电池阵通常是由若干块帆板通过弹簧或较链副连接而成的，由于其复杂的结构特点导致动力学分析的复杂性，特别是大面积柔性太阳电池阵，其复杂性更为突出［2-3］.作为修正有限元计算模型的依据，太阳电池阵展开状态模态参数主要基于地面模态试验获得，但受空气影响较大•有关数据表明地面模态试验测量频率通常比在轨频率降低15%左右•偶极子法［4］计算展开状态空气影响精度较好，并经过平板解析解和飞行试验验证•但该方法需要编程，对工程设计人员要求较高，目前仍停留在高校研究应用阶段，不利于工程应用推广.太阳电池阵表面积较大，1阶模态频率在0.2Hz以下，模态试验一般在空间较大的试验室进行

3、，对试件激励幅度较小，试件运动速度很低，因此，对电池阵周围空气可以采用不可压缩、无旋和无粘等假设，类似偶极子法，对空气阻力影响在结构方程中通过附加质量矩阵修正•大型结构有限元分析软件Nastran在航空和航天领域应用比较成熟和广泛，因此采用Nastran的虚质量法分析空气对展开状态太阳电池阵的影响，以便用于电池阵展开状态模型修正.1虚质量法3结束语通过刚性太阳电池阵展开状态在轨和地面模态计算对比，计算结果精度满足工程需求，Nastran对于虚质量法求解限制较小，易于使用，可以进一步广泛应用于如超单元、非线性和优化等工程动力学计算中.该方法可以用来计算薄膜式太阳电池

4、阵和天线等的展开模态，识别采用标准板的较链刚度参数以及太阳电池阵地面展开过程快速模拟等•虚质量法也可运用于液体模拟，模拟液体火箭储箱推进剂•虚质量法对刚性太阳电池阵模态分析的精度已经验证，但是否可用于大面积柔性电池翼的模态分析，其精度如何，还有待于进一步试验验证，也是后续研究的主要方向.参考文献：[1]李东旭.挠性航天器结构动力学[M].北京：科学出版社，2010.[2]SOWMIANARAYANANS,PRADEEPS.Vibrationsuppressionofaspacecraftsolararrayusingon-offthrusters[J].AIAAJ

5、ournal,1999,24(3)：3097-3106.[3]SMITHSW,MEIK.Analyticalmodelsfornonlinearresponsesofalaboratorysolararray[J]・AIAAJournal,1997,14(4)：809-819・[4]李淑娟，王浩，黄涛，等.太阳帆板振动诱导空气流场分析及其附加质量计算[J].复旦学报：自然科学版，2000,39(4)：441-445.(编辑武晓英)