挠性卫星太阳帆板展开动力学研究

摘要

挠性卫星的动力学建模和帆板的振动分析是航天领域研究的一个重要课题。本文针对单翼挠性太阳帆板卫星，先后建立了帆板展开三个阶段的卫星动力学模型，并在此基础上，对其帆板离散化，进行有限元分析，运用约束模态解基本方程式。主要内容有个方面：
　　首先运用牛顿运动定律、拉格朗日方程，先后建立了三个阶段的刚性动力学模型和挠性动力学模型，研究了个体运动和轨道运动。
　　其次对太阳帆板离散化，进行了有限元分析，运用材料力学得到板单元和梁单元形函数。
　　然后运用约束模态解基本方程，采取了四阶截断，最终是动力学方程可编程，通过对MATLAB编程，和最终SIMULINK的仿真，得到了3个阶段欧拉角的变化情况和卫星本体的运动情况。
　　最后用SIMULINK得到了4阶振动的模态坐标，求出了在不同时刻，其在总振动中所发挥的作用。
　　通过对挠性卫星动力学建模及对其帆板离散化与有限元分析，得出了形函数。最终，通过约束模态解基本方程，划出了4阶振动的模态坐标曲线对研究挠性单太阳帆板卫星有一定帮助作用。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 国内外卫星研究现状

1.3 太阳能帆板的发展与现状

1.4 本文内容

第2章 挠性卫星帆板展开第一阶段

2.1 帆板展开第一阶段动力学模型

2.2 dm 质点的速度和加速度

2.2.1 平移（轨道）运动

2.2.2 A+B 体绕质心的转动运动

2.2.3 系统角动量

2.2.4 A 刚体绕o 点的旋转运动

2.3 太阳能帆板展开第一阶段仿真

2.4 本章小结

第3章 挠性卫星帆板展开第二阶段

3.1 帆板展开的计算简图及各体的速度与加速度

3.1.1 B 体上dm 点的速度和加速度

3.1.2 C 体上dm 点的速度和加速度

3.1.3 D 体上dm 点的速度和加速度

3.1.4 E 体上dm 点的速度和加速度

3.1.5 F 体上dm 点的速度和加速度

3.1.6 质心方程式

3.2 系统的平移运动与绕质心的转动

3.2.1 系统的平移运动

3.2.2 系统绕质心的转动

3.2.3 将整体从c 点断开的情况分析

3.2.4 将整体从d 点断开的情况分析

3.2.5 将整体从e 点断开的情况分析

3.2.6 将整体从f 点断开的情况分析

3.3 太阳能帆板展开第二阶段仿真

3.4 本章小结

第4章 挠性卫星帆板展开第三阶段

4.1 卫星的构型和结构原理图

4.1.1 各体上质点的加速度

4.1.2 质心关系式

4.2 动力学方程式

4.2.1 绕质心的转动姿态运动

4.2.2 太阳帆板的转动运动

4.3 太阳帆板的振动运动

4.3.1 板单元形函数

4.3.2 梁单元的形函数

4.3.3 帆板振动运动

4.4 约束模态和约束模态解

4.5 太阳能帆板展开第三阶段约束模态仿真

4.6 本章小结

结论

参考文献

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致谢