挠性航天器太阳翼全局模态动力学建模与实验研究

现代柔性航天器通常安装有大型太阳翼为其在轨运行提供所需动力.航天器入轨后太阳翼展开并锁定成为铰链连接多板结构,此类结构质量轻、跨度大、刚度低的特点使其低频振动和非线性振动问题越来越凸显.分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统精确的非线性动力学模型.为此,本文提出铰链连接多板结构解析全局模态的提取方法,获取太阳翼的固有频率和解析函数表征的全局模态.提出可变刚度的扭转弹簧等效模型,考虑铰链非线性刚度及摩擦力矩等因素,通过全局模态离散得到系统的低维高精度非线性动力学模型,研究了太阳翼在周期激励作用下的非线性特性.开展太阳翼地面振动实验研究,采用锤击法获取系统模态,利用振动台施加正弦扫频激励,将物理实验结果与理论结果进行对比,从而验证全局模态动力学建模方法的合理性与准确性.结果表明,铰链刚度等结构参数对系统固有特性的影响较大,铰链的存在会使太阳翼的动态响应出现跳跃等非线性现象.全局模态动力学建模方法能很好地解决多板结构在非经典边界下解析全局模态求解的困难,系统全局模态反映的是系统各个部件弹性振动的真实模态,所建立的动力学模型具有低维高精度的特点,对于复杂组合结构非线性动力学建模具有重要的参考价值.