一种卫星在轨自由边界条件模拟方法

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1、第31卷第l期航天器环境工程V01．31，No．12014年2月SPACECRAFTENvIRONMENTENGINEERING19http：／／www．bisee．ac．cnE—mail：htqhjgc@126．comTel：(0lO)68116407，68116408，68116544一种卫星在轨自由边界条件模拟方法刘明辉，王剑，焦安超，韩晓健(北京卫星环境工程研究所，北京100094)摘要：随着观测精度的提高，卫星观测设备对微振动愈加敏感，需要在地面开展卫星在轨微振动环境模拟试验及测试验证，而卫星

2、在轨自由边界条件的模拟对于提高地面试验的有效性至关重要。文章提出了一种低频弹性支撑方法，用于模拟卫星在轨飞行时的自由边界条件；并基于该方法，设计和研制了一套模拟试验装置，通过模态和频率响应分析以及型号的整星微振动模拟试验，评估了模拟自由边界条件对卫星动力学特性的影响，也证明了低频弹性支撑模拟方法的有效性。关键词：高精度卫星；在轨微振动；地面试验；自由边界条件；支撑频率；模态分析；频率响应中图分类号：V416．2：V416．5文献标志码：A文章编号：1673—1379(2014)01一∞19—06DOI：

3、10．3969／j．issn．1673-1379．2014．01．004Amethodforsimulatingthefreeboundaryconditionofsatemte0norbitLiuMinghui，w眦gJiaIl，JiaoAnchao，H加xiaoji锄(BeijingInstitu瞳eofSpacecmREnvironmentEngineering，Beijing100094，China)Abstract：WithmeenhallcedrequiI℃mentsoftheobserva

4、tionaccufacyand也esensltiV时tomelIlicro-Vib础onoftheobseⅣationpayload'meon-orbit舶eboulldaryconditionsimulationf研thespacecmfIintheIIlic静vib枷ongro蚰dsimulationtestbecomesmoreimpon锄t．Amethodofthe10w丘芑quencyelasticsuspensionispmpo∞dtosiⅡmlatethe丘eebollIldarycond

5、itionofmeon—orbitsatellite．Andalow舶quencyelaSticsuspensiondeviceisdevelopedbasedonthismethod，andisappliedtoevaluate山e砌uenceofmesimulated仃eebounda巧conditionon廿ledynalIliccharacterjsticsofmesatellitebythemodalandfkquencyresponsea11alyses．The印plicationofthi

6、sdevicei11anactualIIlicro—vibration钯stofasateuiteshowsmatmemetllodoftllelowfbquencyelasticsuspeIlsionformcsatell沁isreliable．K七ywords：hi曲·precisionsaIellite；on—orbitmicm-Vibration；铲ouIldtest；freebounda可condition；suspension丘_equency；modalanalysis；丘．equency

7、response0引言高精度是国内外对地观测卫星的主要发展趋势。随着观测精度的提高，卫星观测设备对微振动愈加敏感。为此，需要在地面开展卫星在轨微振动环境模拟试验及测试验证。在轨微振动环境模拟试验中，对卫星在轨自由边界条件的模拟至关重要。国外对结构自由边界条件模拟方法进行了广泛的研究，美国、欧洲和日本等国家的研究机构先后开展了橡皮绳悬吊方澍11、空气弹簧支撑方法[2】、近零刚度悬挂方法【3】以及气动／电磁悬挂技术【4】的研究，用于实现飞机、航天器【5。6】等结构的自由边界条件模拟。橡皮绳悬吊方法容易操作，

8、但悬吊用收稿日期：2013．08．23；修回日期：2叭3-12-25基金项目：总装备部“十二五”共性技术课题的基础结构(天车、大型钢架等)的模态频率一般不高，与航天器结构频率接近，影响模拟方法的精度，且橡皮绳具有蠕变特性，也限制其实际应用。空气弹簧支撑方法通过橡胶囊内密封压缩空气提供弹性，对测试结构支撑进行自由边界模拟。该方法容易实现，但空气弹簧在材料、几何方面存在强非线性，同时密封和橡胶容易出现磨损破坏等问题，对方法的模拟精度和使用有一定