采用压电材料的自适应卫星结构研究.pdf

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1、W01．24No．2航天器工程第24卷第2期!!墨!垒竖垦垦垦垒!!垦堕鱼!堕垦垦垦!堕鱼!!!!生!旦采用压电材料的自适应卫星结构研究张少辉1史文华1孙士勇2王晓宇1梁东平1(1北京空间飞行器总体设计部，北京100094)(2大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024)摘要针对卫星在轨热变形补偿的需求，以相机支撑结构为例，提出了一种采用薄膜压电材料的新型自适应卫星结构方案，自适应结构系统包括碳纤维复合材料结构件、位移测量装置、薄膜压电材料和控制器。文章对局部升温条件下关注点的热变形及补偿进行了数值分析和试验验证，结果表明，自适应结构可有效

2、改善关注点热变形下的平面度，分析与试验结果吻合较好，充分验证了自适应结构的热变形补偿能力，为空间自适应结构的后续工程实践打下了良好基础。关键词压电材料；卫星结构；自适应；热变形；补偿中图分类号：V214．3文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．02．007ResearchonAdaptiveSatelliteStructureBasedonPiezoelectricActuatorsZHANGShaohuilSHIWenhualSUNShiyon92WANGXiaoyulLIANGDongpin91(

3、1BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)(2SchoolofMechanicalandTechnology，Dalian，Engineering，DalianUniversityofLiaoning116024，China)Abstract：TomeettheneedO{thermaldeformationcompensationforin—orbitsatellite，anewadaptivesatellitestructuredesignforca

4、merasupportingisproposed，whichisbasedonpiezoelec—tricactuators．Theprototypesystemcomprisesahighstabilitycompositestructure，displacementsensors，thin—filmpiezoelectricactuatorsandcontrolunit．Thecompensationcapabilityoftheadaptivestructureforthethermaldeformationofconcernedpoin

5、tsisverifiedbyfiniteelementanalysisandtest．Finite—elementmodelingandexperimentalresultsagreewellanddemonstratethattheproposedadaptivestructurecaneffectivelyimprovetheplanenessoftheconcernedpointsinthepresenceofthermaldeformation．Thisstudyprovidesvaluablereferenceforengineeri

6、ngpracticeofadaptivespacestructuresinthefuture．Keywords：piezoelectricactuators；satellitestructure；adaptive；thermaldeformation；compensation1引言航天遥感有效载荷对卫星结构稳定性的要求越来越高，结构热变形的影响必须予以考虑，且它可能直接决定成像质量能否达到设计指标，因此热变形的在轨补偿具有重要意义。本文基于薄膜压电材料提出了一种新型自适应卫星结构方案，以提高结构在变温环境中的尺寸精度保持能力。本文选用的薄膜压电

7、材料为压电纤维复合材料收稿日期：2014—12—25：修回日期：20150302基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：张少辉，男，博士，高级工程师，从事卫星结构设计与分析研究工作。Email：ime2008@126．corn。第2期张少辉等：采用压电材料的自适应卫星结构研究(MacroFiberComposites，MFCs)，MFCs具有单向驱动能力强、厚度薄、质量轻的特点，可进行大幅度弯曲和扭转，容易粘贴到具有曲率的结构表面上。近年来，在国外，MFCs已成功用于多种航天航空结构的振动主动控制，YongChen[1]将MFCs用于降低F／A

8、-18战斗机尾翼的颤振载荷和动态应力，RolfParadies比。将MFCs用于无人机机翼的气动弹性控制，Adetona[“，PabloATaraza