航天器微振动稳态时域响应分析方法

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1、第21卷第6期航天器工程V01．21NO．62012年l2月SPACECRAFTENGINEERING37航天器微振动稳态时域响应分析方法邹元杰王泽宇张志娟葛东明(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要由于航天器在轨工作时处于无约束状态，采用传统的时程积分法分析微振动响应会受到刚体“漂移”和弹性体瞬态效应的影响，难以获得满足实际工程需要的分析结果。文章提出了基于复频理论的航天器稳态时域响应分析方法，介绍了该方法的实现途径，并应用于某航天器微振动问题。研究结果表明：该方法对于航天器在谐波形式干扰源作用下的微振动

2、时域响应计算，可以完全消除刚体“漂移”和弹性体瞬态效应的影响，直接获得稳态时域响应。关键词航天器；微振动；稳态；时域；复频理论中图分类号：V414文献标志码：ADO1：10．3969／j．issn．1673—8748．2012．06．005AnalysisMethodofSteadyTime—domainResponseforSpacecraftMicro—vibrationZOUYuanjieWANGZeyuZHANGZhijuanGEDongming(BeijingInstituteofSpacecraftSyst

3、emEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Theengineeringrequirementsofspacecraftmicro—vibrationanalysiscouldhardlybesat—isfiedwiththetraditionaltime—integrationmethod，whichwouldbeinfluencedbytherigid—bodyresponsedriftandtheflexible—bodytransienteffectintheon—or

4、bitfreeconditions．Inthispaper，ananalysismethodofsteadytime—domainresponseforspacecraftmicro——vibrationbasedonthecomplexfrequency—domainanalysisispresented．Therealizationprocessofthismethodisintro—ducedandisappliedtomicro—vibrationproblems．Theresultsshowthattheme

5、thodiseffectiveformicro—vibrationtime—domainresponseanalysisofspacecraftunderharmonicdisturbances，caneliminatetherigid—bodyresponsedriftandtheflexible—bodytransienteffects，andobtainthesteadytime—domainresponsedirectly．Keywords：spacecraft；micro-vibration；steady-s

6、tate；time-domain；complexfrequency-domainanalysis器处于自由一自由状态，与发射段的边界条件差异很1引言大；系统基频较低(小于1Hz)；激励频率可以达到几百赫兹，有限元模型的精细程度超过星箭耦合分航天器结构的在轨微振动响应分析对于光学载析模型。这些特点使得常规的时程积分数值算法在荷成像质量评估、振动控制措施应用等都是非常重进行时域响应分析时很不方便。具体说来，存在以要的。这类分析原则上属于结构动力学的范畴，下两个问题。因此，经典的动力学分析理论和方法都适用。然而，(1)由于航

7、天器结构处于自由一自由状态，其动航天器在轨的动力学分析有其自身的特殊性航天响应必然包含刚体模态和弹性模态两部分的影响。收稿日期：2012—08—06；修回日期：2012—09—13作者简介：邹元杰(1976一)，男，博士，高级工程师，从事航天器结构动力学研究工作。Email：zyuanjie@yahoo．CON．cn。航天器工程21卷其中，刚体部分的响应由于没有阻尼作用，受载荷作式中：和q分别为模态振型集和模态主坐标向用时会产生整体姿态“漂移”，呈发散状态。在航天量；和分别为刚体和弹性体模态振型集，其中器实际在轨工作时

8、，并不会出现这种姿态发散，主要西一[：”西⋯]；一[”⋯]，是因为航天器有姿态控制系统的作用，始终维持姿n为弹性模态阶数；和口。分别为刚体和弹性体模态在小范围内振荡。如果动力学模型中未引入控制态主坐标向量，其中q一[q”q⋯q。]，口一系统的闭环作用，进行开环计算，必然出现姿态“漂[”q。)．．·q]。移”l5_6¨。这个问题可以