空间大型可展天线与卫星间的刚-柔耦合多体动力学分析

摘要

为了满足中国国防建设和经济建设的需要,急需研制空间大型可展开天线.大型可展开天线的研制过程是一项复杂的系统工程,涉及到许多关键技术.由于天线尺寸大、质量轻、柔性大,天线的固有频率很低且十分密集,为避免天线与卫星的调姿运动产生不良耦合影响,需对大型可展开天线与卫星系统进行刚柔耦合动力学分析,从而为天线的结构设计提供可靠的理论依据.该文首先采用集中参数法,利用拉格朗日方程推导了卫星—天线系统的刚柔耦合动力学方程,并对该方程进行了数值仿真,获得了系统的调姿响应和天线结构的模态.其次借助ANSYS有限元分析软件,对系统进行了模态分析和动力学响应分析,获得了不同天线结构参数下的卫星-天线系统的固有特性,简谐响应的幅频特性,随机振动响应的功率谱密度,以及冲击响应的最大幅值和恢复时间等.通过对卫星—天线形成的刚柔耦合系统进行动力学分析,获得了卫星的刚体运动与天线的弹性振动之间的耦合影响规律及其真实的动力学行为,得到了天线结构参数对卫星—天线系统的固有特性及其动力学响应的影响规律,为卫星姿态控制和天线结构优化设计奠定了基础.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2相关领域的研究与发展现状

1.2.1大型天线技术发展现状

1.2.2大型卫星—天线系统动力学分析研究进展

1.2.3柔性多体系统动力学理论研究进展

1.3选题的目的和科学意义

1.4研究的主要内容

第二章基于集中参数的卫星—天线系统动力学分析

2.1引言

2.2卫星—天线系统的动力学简化模型

2.3系统动力学方程的建立

2.3.1系统的动能

2.3.2系统的势能

2.3.3系统的动力学方程

2.4数值仿真分析

2.4.1刚柔耦合动力学数值仿真

2.4.2结构动力学数值仿真

2.5小结

第三章基于ANSYS的卫星—天线系统固有模态分析

3.1引言

3.2天线结构与参数的确定

3.2.1天线的结构

3.2.2结构参数的确定

3.2.3样本抽取方法的选择

3.2.4样本算例抽取结果

3.3卫星天线系统有限元模型的建立

3.3.1物理模型简化

3.3.2单元属性设置

3.3.3有限元模型建造

3.4卫星—天线系统模态分析

3.4.1模态分析实例

3.4.2各样本算例模态分析结果

3.5小结

第四章基于ANSYS的卫星—天线系统动力学响应分析

4.1引言

4.2卫星—天线系统在简谐激励下的响应

4.2.1谐响应分析实例

4.2.2各样本算例谐响应分析结果

4.3卫星—天线系统随机响应分析

4.3.1随机响应分析实例

4.3.2各样本算例随机响应分析结果

4.4卫星—天线系统冲击响应分析

4.4.1冲击响应分析实例

4.4.2各样本算例冲击响应分析结果

4.5小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.1.1本文研究所得的一些结论

5.1.2对天线机构设计的几点建议

5.2展望

附录

参考文献

致谢

西北工业大学学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明