超大型挠性卫星多场耦合动力学建模

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1、分类号：密级：UDC：编号：工程硕士学位论文超大型挠性卫星多场耦合动力学建模硕士研究生：倪蜂棋指导教师：吴限德副教授企业导师：宋婷高级工程师工程领域：航天工程论文主审人：陈卫东教授哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：工程硕士学位论文超大型挠性卫星多场耦合动力学建模硕士研究生：倪蜂棋指导教师：吴限德副教授企业导师：宋婷高级工程师学位级别：工程硕士学科、专业：航天工程所在单位：航天与建筑工程学院论文提交日期：2018年5月7日论文答辩日期：2018年6月7日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationf

2、ortheDegreeofMaster(MasterofEngineering)MultiFieldCouplingDynamicModelingofaSuperLargeFlexibleSatelliteCandidate:NiFengqiSupervisor:Prof.WuXiandeAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:AerospaceEngineeringDateofSubmission:May.2018DateofOralExamination:June.2018Univers

3、ity:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学

4、。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日超大型挠性卫星多场耦合动力学建模摘要随着现代空间技术的不断发展和应用，空间任务复杂多样，为此航

5、天器需要携带的有效载荷也更多更大，航天器大型化是现代航天技术发展趋势之一。超大型航天器的动力学特性不同于以刚体或准刚体为模型的小型航天器，呈现出轻质、低频、密模、弱阻尼等特性，并且空间环境复杂多变，航天器所受辐射热流场、温度场和结构位移场之间存在着复杂的耦合关系。本文主要研究了以下几个方面：研究了卫星在轨运行期间空间热流的变化情况，应用有限元法建立了超大型卫星的热-结构耦合动力学模型。考虑到结构变形所引起的空间热流改变量极小，利用有限元分析软件AnsysWorkBench采用顺序耦合的方式对超大型卫星进行了稳态热分析和热变形分析。针对高、圆轨道卫星进、出地球阴影区，对热流

6、突变所引起的温度场变化和热振动进行了仿真分析。研究了挠性附件振动对卫星本体姿态的影响。基于动量定理、角动量定理和拉格朗日方程建立了刚挠耦合航天器动力学模型，利用有限元软件获取相关参数来求解平动、转动耦合系数矩阵，并仿真分析超大型挠性附件前6阶模态振动对卫星本体姿态的影响。研究了压电作动器对结构振动进行主动控制。利用压电陶瓷作为作动器，在其作动原理的基础上应用有限元法建立了压电作动器机电耦合动力学模型。基于基本蚁群算法对压电作动器的位置布置进行了优化，考虑到控制效果和卫星上能源的有限性，采用线性二次型最优控制对结构振动进行主动控制，并且仿真分析了结构受初始位移扰动的振动主动

7、控制，对比了作动器优化前后的控制效果与能源消耗。关键词：超大型挠性卫星；热-结构耦合；动力学；压电作动器；最优控制I超大型挠性卫星多场耦合动力学建模AbstractWiththecontinuousdevelopmentandapplicationofmodernspacetechnology,thespacetaskiscomplexanddiverse,sothepayloadsthatthespacecraftneedtocarryaremoreandlarger,andthespacecraftlarge-scaled