大型卫星太阳翼展开动力学研究

摘要

现代航天器都带有可展开的大型柔性附件，其附件的展开过程将会影响到航天器的运动状态。正确的分析和预测整个系统的动力学行为是在航天器总体设计中必须解决的关键问题。本文以东方红4号（简称DFH-4）卫星为研究对象，利用柔性多体系统动力学方法对其大型太阳翼的展开过程动力学以及不同展开模式下对卫星本体姿态运动的影响进行了研究。
　　首先，本文利用第一类Lagrange方程建立了柔性多体系统的动力学方程，并建立了速度意义下的约束方程，方程最终表现形式为微分/代数混合方程组。在推导的过程中未对方程作任何简化以体现系统得耦合非线性特征。本文以后的工作都是在此基础上展开的。
　　其次，本文基于ADAMS详细的建立了包含同步展开机构和展开驱动机构的DFH-4卫星系统的动力学模型，并基于ADAMS利用建立的卫星系统动力学模型对卫星太阳翼展开过程进行了详细的动力学仿真研究。
　　本文重点研究了卫星太阳翼两种展开模式：帆板一次展开模式和帆板分步展开模式。通过动力学仿真主要研究了卫星帆板展开过程的动力学特性以及帆板展开过程对卫星本体的姿态运动的影响，并从帆板的展开时间、展开轨迹、展开过程中卫星的姿态运动规律等几方面对上述两种帆板展开模式下的仿真结果进行分析和总结。
　　最后，本文对DFH-4卫星太阳翼故障模式展开过程进行了初步研究，主要研究了单侧故障模式展开下的两种工况：单侧正常展开和单侧故障展开。通过仿真给出了卫星本体姿态运动规律、帆板以及连接架的展开运动的仿真曲线，并对仿真结果进行了初步分析讨论。

目录

大型卫星太阳翼展开动力学研究

DEPLOYMENT DYNAMICS OF SOLAR PANELS ON LARGESCALE SATELLITE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 柔性多体系统动力学的研究概况与研究方法

1.2.1 柔性多体系统动力学的研究概况

1.2.2 柔性多体系统动力学的建模方法和求解策略

1.3 柔性多体系统动力学中的接触问题

1.4 航天器附件展开动力学研究

1.5 本章小结

第2章 柔性多体系统动力学模型

2.1 柔性多体系统动力学微分方程的建立

2.1.1 坐标系的选取和质点的位置和速度描述

2.1.2 系统动能的描述

2.1.3 系统的势能和耗散能

2.1.4 系统动力学方程的建立

2.2 柔性多体系统约束方程的建立

2.3 本章小结

第3章 DFH-4卫星系统描述与ADAMS建模

3.1 DFH-4卫星系统模型

3.2 DFH-4卫星系统质量特性

3.2.1 卫星本体质量特性

3.2.2 连接架质量特性

3.2.3 帆板质量特性

3.2.4 体的动态特性

3.3 展开同步机构的数学模型

3.4 展开驱动机构的数学模型

3.5 DFH-4卫星系统基于ADAMS建模

3.6 本章小结

第4章 卫星太阳翼展开动力学仿真分析

4.1 帆板一次展开模式

4.2 帆板分步展开模式

4.3 结果分析与讨论

4.3.1 帆板的展开时间

4.3.2 帆板的展开轨迹

4.3.3 帆板的展开角速度

4.3.4 卫星本体的姿态响应

4.4 本章小结

第5章 卫星太阳翼故障模式展开动力学仿真

5.1 故障模式展开工况一

5.2 故障模式展开工况二

5.3 故障模式展开结果分析

5.4 本章小结

结论

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