太阳帆柔性结构动力学仿真分析-论文.pdf

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1、第40卷第3期空间控制技术与应用Vo1．40NO．32014年6月AerospaceControlandApplicationJun．2014太阳帆柔性结构动力学仿真分析马鑫，杨萱，郑建华，杨华(1．中国科学院空间科学与应用研究中心，北京100190；2．航天飞行动力学技术重点实验室，北京100094；3．中国科学院大学，北京100190；4．内蒙古电子信息职业技术学院，呼和浩特010011)摘要：研究了太阳帆结构的有限元仿真分析问题．针对太阳帆航天器实际结构特点，建立合理的有限元模型；得出合理的边界预紧力的大小与方向；给出太阳帆航天器伸展臂对预紧力的屈曲模态分析以

2、及屈曲I临界载荷；进行了太阳帆结构的无预紧力结构模态分析与有预紧力结构模态分析，并对结果进行了比较．研究结果表明，太阳帆航天器预紧力结构模态分析更为合理，为太阳帆航天器控制系统工程设计与仿真提供了参考数据基础．关键词：太阳帆；有限元仿真；预紧力；模态分析；屈曲中图分类号：P353文献标志码：A文章编号：1674-1579(2014)03—0036—05DoI：10．3969／i．issn．1674-1579．2014．03．007SimulationandAnalysisfortheFlexibleStructureofSolarSailSpacecraftMAXi

3、n，，YANGXuan，ZHENGJianhua一，YANGHua(．CenterforaceScienceandAppliedResearch，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China；2．ScienceandTechnologyonAerospaceFlightDynamicsLaboratory，Beng100094，China；3．UniversityofChineseAcademyofSciences，Beng100190，China；4．InnerMongoliaElectronicInformationT

4、echnicalCollege，Hohhot010011，China)Abstract：Afiniteelementsimulationmodelingandflexiblestructuraldynamicsanalysisofsolarsailspacecraftareinvestigatedinthispaper．Accordingtotheactualstructuralcharacteristicsofsolarsailspacecraft，areasonablefiniteelementmodelisobtained．Thereasonablevalue

5、anddirectionofpreloadaregiven．Thebucklingmodalanalysisofstretcharmandthecriticalbucklingloadareobtained．Themodalswithoutandwithpreloadareanalyzedrespectivelyandcompared．Themodalwithpreloadisdem—onstratedmorereasonable．Themodalanalysiswithpreloadprovidesbasicdataforthedesignandsimula-ti

6、onofsolarsailspacecraftcontrolsystem．Keywords：solarsail；finiteelementsimulation；preload；modalanalysis；buckling要携带越来越多的燃料，进而提高航天器发射成本，0引言这就使得依靠光压作为动力的太阳帆航天器应运而生⋯．利用太阳光的持续作用力，完成一些过去无现代航天器大多采用推进系统来获得推力．随法实现的任务．太阳帆帆面采用超轻质聚酰亚胺着航天飞行任务距离增加和运行时间增长，其必然薄膜，由于太阳光压非常小，所以其面积一般为中国科学院战略性先导科技专项资金资助项目(X

7、DA04060303)，航天飞行动力学技术重点实验开放基金资助项目(2012afd1028)和太阳帆民用航天资助项目．收稿日期：2014-01-14第3期马鑫等：太阳帆柔性结构动力学仿真分析·39·整仿真分析，可以提炼出一套基本思路，如图8所示．图6三阶模态振型图Fig．6Thethirdmode由振型图可以看出，有预紧力的方形太阳帆航天器的大柔性主要体现在对称分布的4片柔性材料图8太阳帆航天器有预紧力分析基本思路帆面结构上，太阳帆伸展臂振型位移相对于太阳帆Fig．8Thebasicideaoftheanalysisfor振型位移基本为0．仿真结果显示，其前三阶