飞轮不平衡对卫星颤振影响分析.pdf

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1、上海航天AER0SPACESHANGHAI第29卷2012年第6期文章编号：1006—1630(2012)06—004203飞轮不平衡对卫星颤振影响分析韩旭(上海卫星工程研究所，上海200240)摘要：基于卫星飞轮的静动不平衡原理，对飞轮的静动不平衡进行了建模。根据建立的整星动力学模型进行了仿真分析。结果表明：飞轮的静不平衡对整星的扰动较动不平衡大2个量级，是主要的颤振激励源。关键词：飞轮；静不平衡；动不平衡；颤振中图分类号：V414文献标志码：ASatelliteJitterAnalysisBasedon

2、UnbalanceofFlywheelHANXU(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai200240，China)Abstract：Themodelsofstaticanddynamicunbalanceof{lywheelwereestablishedbasedontheprincipleofthestaticanddynamicunbalanceofsatelliteinthispaper．Thesimulationwasmadeaccordin

3、gtothemodelssetup．Theresultsshowedthatthestaticunhalancewas2ordersmorethanthedynamicunbalancefortheflywheel，whichwasthemajorjittersource．Keywords：Flywheel；Staticunbalance；Dynamicunbalance；Jitter0引言轴不重合引起。轴承干扰由滚珠、沟槽和保持架的不规则性引起，产生轮速的次谐波项和超谐波项。随着对遥感图像分辨率要求的不断

4、提高，对平台和有效载荷的指向精度与稳定度的要求也越来越另外轴承滑涧剂亦会导致低频干扰和力矩波动，直高，作用于卫星的微小干扰力矩就不可忽略。飞轮流无刷电机会产生非常高频的干扰。为此，本文对作为卫星常用的角动量交换装置，其转子的动态力飞轮的静动不平衡进行了研究，在整星姿态动力学学特性直接影响平台的稳定性。文献[1]讨论了反中加入飞轮的静动不平衡干扰，分析了其对卫星稳作用飞轮组件的干扰模型，包括单轮的离散频率模定性的影响。型和随机模型(轮速为随机变量，服从给定的概率密度函数)、多轮模型等，采用的经验模型为离散频率

5、1飞轮静动不平衡建模模型，是轮速的离散谐波级数展开，研究了从反作用飞轮组件微振动数据中提取经验干扰模型参数的方1．1飞轮静动不平衡物理意义法，并给出了该方法的MATLAB工具箱实现，使该飞轮的静不平衡主要表现为离心力干扰。如图经验模型具有通用性，认为反作用飞轮组件产生振1所示。图中：为飞轮转速；r为飞轮质心偏离转动干扰主要是因为飞轮的不平衡和轴承的不规则轴距离；F为飞轮旋转产生的离心力，且F—m×性，且前者产生的扰动最大。飞轮的不平衡可分为}1r。此处：为飞轮质量。静不平衡和动不平衡两种，静不平衡由飞轮质心

6、偏飞轮的动不平衡由飞轮的惯量积(惯量主轴与离旋转轴引起，而动不平衡由飞轮主惯性轴和旋转旋转轴不重合)引起的在飞轮旋转面内的章动所致，主要表现为力偶对飞轮转动轴的力矩，如图2所示。收稿日期：2011-05—31；修回日期：2011-06—31作者简介漳5旭(1982一)，硕士，工程师，主要从事卫星总体、图中：F，F分别为等效质量块在旋转过程中产生姿态轨道控制设计与仿真。的离心力。第29卷20]2年第6期韩旭：飞轮不平衡对卫星颤振影响分析式中：M，灿，分别为飞轮i静不平衡力对卫F／星三轴的干扰力矩；X，Y，Z分

7、别为飞轮i几何中旋心相对整星质心的三轴位置；下标i—a，b。同样，根据飞轮坐标系0y、0‰轴与卫星坐标系关系(如图4、5所示)，可得飞轮C、d、e、f的静不平衡力对卫星的干扰力矩分别为图4ObYb轴飞轮静不平衡Fig．4Staticunbalanceof0bYbaxisofflywheel图50bzb轴飞轮静不平衡1．2飞轮的静不平衡建模Fig．5Staticunbalanceof0bZbaxisofflywheel设在卫星本体坐标系0I)一Xyh的三轴上分别各安装2个反作用飞轮，()bx轴上为飞轮为a、b

8、；IMszb—F，0I)yh轴上为飞轮c、d；0I)轴上为飞轮e、f，整星采用MJ一F(一ZJ)+F(一)，(2)零动量控制。对obX轴飞轮，定义飞轮固定坐标系lMjZh—F⋯Y；为0Ⅵ一XYwZw，与()b—Xyb系关系如图3所示。fMk一Z，图中：Ow为飞轮几何中心；OwX轴与()byl1轴平行；yb—F(一Z)，(3)0wyw轴与()bZh轴平行；()wZw轴与0bx轴平行。定lMk一F(一Y)+F(一Yk