星载大型天线反射器桁架展开动力学建模仿真

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1、Vo1．21No．4航天器工程第21卷第4期26SPACECRAFTENGINEERING2012年8月星载大型天线反射器桁架展开动力学建模仿真董富祥周志成曲广吉(中国空间技术研究院，北京100094)摘要以星栽大型可展开天线为对象，研究了索网绷紧前天线反射器桁架在轨展开动力学过程。对大型天线展开机构特点和展开原理进行分析，建立了反射器桁架驱动和传动机构动力学模型。为避免初始时刻天线反射器切断铰约束方程雅克比矩阵奇异，以及小展开角情况下动力学方程左端系数矩阵数值性态差问题，提出了基于几何的替代约束求解方案。对星载

2、大型天线在轨展开动力学过程进行了数值仿真，仿真结果表明，提出的方法能够有效解决初始时刻天线反射器切断铰约束方程雅克比矩阵奇异问题。关键词卫星；大型可展天线；展开过程；多体系统动力学；奇异构型中图分类号：V414文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2012．04．005DeploymentDynamicsModelingandSimulationofSatelliteLargeAntennaReflectorTrussDONGFuxiangZHOUZhichengQUGuangj

3、i(ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)Abstract：Thedeploymentoftheantennareflectortrussisstudiedbeforethecablenetistight—ened．Thedeploymentcharactersandprinciplesoflargeantennareflectorareanalyzed，andthemodelsofdrivingandtransmissionmechanismsare

4、established．ToavoidthesingularityofJaco—beanmatrixofthecutjointconstraintequations，asolvingtechniquebasedonthegeometrycon—straintisproposed，whichensurestheentiresimulationofitsdeploymentprocedure．Thesimula—tionsofinorbitdeploymentoftheantennareflectorarecarri

5、edout．ThesimulationresultsindicatethattheproposedmethodiseffectiveforsolvingthesingularityofJacobeanmatrixofthecutjointconstraintequations．Keywords：satellite；largedeployableantenna；deploymentprocedure；multibodysystemdynamics；singularconfiguration信、对地遥感和深空探测等空

6、间应用的关键设备。1引言这种天线尺寸大、质量小，常规的地面测试难以完全揭示其在轨展开动力学特性，因此，准确、可靠的展星载大型桁架式网状抛物面天线是满足移动通开过程多体系统动力学仿真，对于优化天线结构和收稿日期：2012—0129；修回日期：20120410基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：董富祥(1979一)，男，博士，研究方向为航天器动力学与控制。Email：dongfx_101@yahoo．com．cn。第4期董富祥等：星载大型天线反射器桁架展开动力学建模仿真27机构设计、制定展开过程控制规律及预测天线

7、在轨展开动力学性态，均具有重要意义，它是星载大型天线结构和机构设计、分析及验证不可或缺的工具]。国内外针对大型周边桁架式网状抛物面天线展开动力学问题开展了大量研究。这些方法可以分为三类：节点笛卡尔坐标方法l3]、独立广义坐标方法_4和利用商业软件的仿真方法_5]。以节点笛卡尔坐标图1星载大型天线在轨工作状态示意图为系统广义坐标，赵孟良、关富玲l3采用广义逆矩阵Fig．1Schematicviewoflargesatelliteantennainorbit方法研究了周边桁架式天线展开动力学过程，分析了桁架黏性阻尼和

8、绳索滑轮摩擦作用对天线反射器初始时刻，天线在压紧机构的作用下处于锁定状态。展开时，捆束在反射器外围的火工切割展开动力学的影响。不过，节点笛卡尔坐标方法虽然便于描述桁架各部件平移运动，但由于缺乏描述器启爆，切断天线捆索，反射器桁架先后在卷簧和电动机作用下展开，反射器索网也由收拢状态逐铰链转角的广义坐标，因而难以建立旋转铰位置处摩擦力矩模型。李团结、张琰、李涛l4]以展开角为