卫星虚拟振动试验技术研究

摘要

目前为止进行整星级的模态试验、振动试验和噪声试验仍然是用于验证卫星结构设计的最佳手段。随着卫星结构越来越复杂,使用的新技术、新材料越来越多,而研制周期却越来越短,卫星力学试验的成本和风险都呈快速上升趋势。如果每进行一次设计改动都要进行整星试验,研发成本太昂贵,但不进行这些试验,到时再暴露出缺陷,造成的损失则更大。近年来,由于计算机技术的快速发展,CAE技术已成为验证卫星结构设计的主要手段,但在设计部门针对卫星单体模型的仿真中,由于边界条件难以准确模拟,使得目前的卫星仿真结果与真实情况相比误差过大,在大部分情况下无法有效指导卫星结构的设计。此外,商业化的CAE仿真软件过于复杂,目前仅在设计部门开展应用,从而导致了试验部门、工艺部门、制造部门等专业部门无法与设计开展协同仿真,严重阻碍了卫星结构设计的发展。
　　针对目前卫星研制过程中,单体模型振动特性仿真精度差,且缺乏协同仿真平台等严重阻碍卫星结构设计发展的问题,本文结合上海卫星工程研究所试验部门的实际需求,提出了卫星与振动台模型联合仿真的新思路(即卫星虚拟振动试验),验证了其可行性,并设计开发了一套基于真实试验流程的卫星虚拟振动试验平台(SVT),可用于设计与试验部门之间针对卫星振动试验进行协同仿真。
　　首先通过对卫星振动特性进行了建模及理论分析,获得了影响卫星振动试验仿真精度的因素,并从理论上证明了卫星虚拟振动试验(设备模型参与仿真)比传统卫星仿真(设备模型不参与仿真)具有更高的精度。
　　其次,对振动台各运动部件进行了实体及有限元建模,并根据上述理论分析结果,对振动台各运动部件模型进行了修正,并开发出了一套含有振动台模型,并与实际振动试验流程相一致的一体化虚拟试验平台(SVT),该平台界面清晰易懂,操作简单,便于非CAE及工程专业人员使用。
　　最后,针对GX-1(J5)和GX-1(J12)两颗卫星在一体化虚拟试验平台(SVT)上进行了虚拟振动试验,通过对比,验证了虚拟振动试验比传统卫星具有更高精度的事实,并进一步展示了其辅助加速度下凹条件制定的实际应用效果。
　　本文所开发的系统已在上海卫星工程研究所试验部门得到了实际应用。

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第一章 绪论

1.1 卫星虚拟振动试验的研究背景和意义

1.2 卫星虚拟振动试验的国内外研究现状

1.3 本文的主要内容

第二章 卫星虚拟振动试验一体化平台整体设计

2.1 整体设计思路

2.2 平台功能介绍

2.3 平台验证

2.4 本章小结

第三章 卫星振动试验动力学建模及仿真误差影响因素分析

3.1 卫星振动试验动力学特性时域建模

3.2 卫星振动试验动力学特性频域分析

3.3 卫星振动试验频率特性仿真误差研究

3.4 卫星振动试验响应幅值特性仿真误差研究

3.5 本章小结

第四章 虚拟振动试验模型的建立与修正

4.1 振动台简介

4.2 振动台及卫星模型建立

4.3 模型组合与修正

4.4 本章小结

第五章 振动试验载荷条件与测点设定

5.1 载荷条件

5.2 测点设定

5.3 本章小结

第六章 卫星虚拟振动试验结果对比分析

6.1 SVT虚拟振动试验平台功能介绍

6.2 试验结果对比分析

6.3 本章小结

第七章 卫星虚拟振动试验实际典型应用效果分析

7.1 卫星实际振动试验加速度下凹条件制定方法

7.2 虚拟振动试验在加速度下凹条件制定中的应用效果分析

7.3 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 本文主要工作和创新点

8.2 研究展望

参考文献

致谢