Design and Verification of High Attenuation Vibration Isolation Damper in Remote Sensing Satellite Transport

To solve the safe horizontal transportation by rail&road of remote sensing satellite problem in the process of unpredictable dynamic load,a high attenuation vibration isolation damper(hereinafter referred to as vibration isolation damper)was developed.By simulation analysis and transportation test using satellite structural model and engineering prototype,validity and reliability of the vibration isolation damper was verified,which can meet the requirements of vibration and shock from various transportation conditions.

Effects on dynamic characters of antenna structures in satellite induced by disordered parameters

A simplified dynamic model of a dish antenna in satellite is established in this article.The modelcan be easily used to analyze the dynamic behaviour of the antenna structure.In terms of the simplifiedmodel,effects on dynamic characters due to the disorder of parameters are investigated in details.Thefrequencies calculated by the simplified model accord with those computed by ANSYS.Based on the modeshapes of disordered and perfect structure,the influence law and varying trend of dynamic characters ofantenna structures in satellites produced by stiffness and mass of antenna ribs,stiffness of antenna mem-branes and angles between adjacent ribs,are obtained.The analyses in the paper indicate that the effectsby disordered parameters can not be ignored in the dynamic analysis of such structures.

Progress on the use of satellite technology for gravity exploration

In this paper, the technological progress on Chinese gravity exploration satellites is presented. Novel features such as ultra-stable structure, high accurate thermal control, drag-free and attitude control, micro-thrusters, aerodynamic configuration, the ability to perform micro-vibration analyses, microwave ranging system and mass center trimmer are described.

卫星舱体振动能量传递特性分析

将结构声强法引入卫星振动传递分析领域,研究飞轮扰动下卫星舱体结构的振动能量传递规律,辨识主导传递路径和波形。根据等效板理论对舱体结构蜂窝板等效并建立有限元模型,通过测力平台获取飞轮扰动力和力矩进行激励加载,结合命令流进行数据提取,利用结构声强法获得振动能量并将其传递过程以流线云图方式呈现,实验也验证了蜂窝耦合结构振动能量流计算的正确性。通过对模型上能量流动分析,对振源到相机安装区域的传递路径进行划分,对比各路径不同波形的净传递比及振动总能量,分析不同路径上波形参与能量传递情况,确定主要传递路径及波形。结果表明:从左隔板传递到相机区域的总能量最大;4条路径中纵波的净传递比均大于0.68,为参与能量传递的主要波形;振源及相机安装区的弯曲波能量最大,纵波、剪切波起到能量传递及转化的作用。

卫星振动试验中固有频率“漂移”现象初步研究

本文针对卫星振动试验中的频率漂移现象进行了初步分析 ,通过试验数据对比、等效线性化模型模拟和单自由度非线性模型模拟计算 ,对随振动试验载荷烈度增加而导致的固有频率降低、模态阻尼增大的现象作了定性解释。

三轴稳定挠性卫星姿态机动时变滑模变结构和主动振动控制

针对带有控制受限的挠性卫星的姿态机动和振动控制问题,给出了一类仅利用输出信息的变结构控制和基于智能材料的主动振动控制技术相结合的复合控制方法.首先给出变结构姿态控制器的设计来完成卫星姿态机动,并给出一种切换机制以实现挠性卫星快速姿态机动;其次,采用分布式压电元件作为作动器,设计了应变速率反馈补偿器以增加挠性结构的阻尼,使其振动能够很快衰减.最后,将本文提出的方法应用于三轴稳定挠性卫星的姿态机动控制,仿真结果表明:在推力器的控制受限条件下,完成姿态机动的同时,有效地抑制挠性附件的振动.

卫星振动频率漂移现象与非线性参数识别

针对卫星振动实验中的频率漂移现象进行了分析.通过实验数据对比、等效线性化模拟和单自由度非线性模拟计算,对随振动实验载荷烈度增加而导致的频率降低、模态阻尼增大的现象作了定性解释,并对铝蜂窝板的非线性特性进行了振动实验及分析.根据谐波平衡法原理,对各级等效线性系统进行模态参数识别,进一步基于Duffing假设,对非线性刚度、阻尼系数进行了识别,并基于多自由度非线性系统理论进行了仿真检验.证明了实验现象与理论仿真的一致性.

对地观测微小卫星主承力结构的优化设计与试验

为降低对地观测小卫星单机安装点加速度响应均方根值,提出了一种使加速度响应均方根值最小化的微小卫星主承力结构拓扑优化方法。首先对整星方案进行了有限元分析,分析显示整星Z向某些单机安装点的随机振动加速度响应均方根值过大。对系统进行了灵敏度分析,确定了卫星主承力结构底板是影响随机振动加速度响应均方根值大小的关键因素。以卫星单机安装点的加速度响应均方根值为目标函数,以体积作为优化的约束条件,应用连续体结构拓扑优化思想对卫星有限元模型进行拓扑优化设计,得到了一种单机安装点加速度响应均方根值满足指标要求的卫星主承力结构。最后,通过有限元分析与振动试验,证明了本文所设计的小卫星主承力结构力学性能参数均满足设计要求,其中整星的星敏感器、蓄电池、电源控制器等关键器件安装点的加速度响应均方根值相比优化前分别降低了23.3%、10.6%、11.3%,得到的结果验证了本文优化方法的有效性。

阻尼柔性连接在卫星结构中的综合应用研究

卫星结构的热变形是影响卫星光学有效载荷指向精度的主要因素之一,在对国内某在研卫星的有效载荷安装平台热变形过大问题进行分析之后,综合考虑卫星在轨的抖振抑制和发射段减振问题,本文提出了采用高阻尼柔性连接的结构设计来综合解决这三方面的结构问题。阻尼柔性连接结构以金属橡胶制备,充分利用了其非线性刚度和高阻尼比等特性。对卫星设计阶段提出的三种结构方案进行了数值仿真计算,结果表明,金属橡胶阻尼柔性连接结构设计方案能有效的减小有效载荷安装平台的热变形,并抑制卫星在轨抖振和发射段振动,因而具有最佳的综合性能。

空间太阳能电站的轨道、姿态和结构振动的耦合动力学建模及辛求解

作为一种从太空获得清洁能源的系统,空间太阳能电站(SPS)吸引着许多国家和科研机构的关注.由于其超大、超轻的柔性结构特点,研究其在轨动力学行为时需要考虑轨道、姿态和结构振动的耦合作用.本文在考虑地球的非球形摄动影响下,建立了集成对称聚光系统(ISC)的动力学模型.通过Legendre变换引入广义动量,在Hamilton体系下建立了其轨道、姿态、轴向振动耦合的动力学方程.采用辛Runge-Kutta方法对耦合动力学方程进行数值求解.根据数值结果,分别研究了其在地球同步轨道下二阶摄动项对轨道、姿态和结构振动的影响,并分析了总能量的变化情况.

微小卫星天线与飞轮共支撑结构优化设计与试验

针对基于星载一体化理念设计的某微小卫星星载天线与S飞轮支撑结构随机振动响应不满足总体设计指标的问题,将星载天线与飞轮进行共支撑结构设计,提出以随机振动加速度响应为目标的优化设计方法。以支撑结构敏感点随机响应RMS值为优化目标,体积分数和基频为约束条件,建立数学模型,对结构进行优化设计;对优化后的支撑结构工程分析,基频达到200 Hz以上,质量由1.9 kg减少到0.65 kg,降低65.6%;开展了力学环境试验对支撑结构性能进行验证,支撑结构基频210 Hz,加速度响应RMS值最大相对放大率为0.54,满足总体基频大于185 Hz和相对放大率小于等于0.6的要求。结果表明,该优化方法有效可行,支撑结构动力学参数较好地满足了微小卫星总体设计要求。

力限技术在航天器振动试验中的应用

为了在正弦振动试验中模拟真实的飞行环境,防止因"过试验"而导致航天器结构发生不必要的破坏,需要对试验条件进行下凹控制。在以往的加速度下凹控制方法的基础上,引入力限控制方法可以提高航天器主频处下凹控制的精度和有效性。文章分析了传统加速度下凹控制方法的局限性,并以某结构星力限控制试验为基础,阐述了结构星力限试验条件的制定方法,介绍了力限双控试验平台设计,并分析了试验结果。经分析表明,力限控制具有较高的控制精度,在加速度控制的基础上引入力限控制的"双控"试验方法,能够有效解决航天器振动试验中的"过试验"和"欠试验"问题。

复合材料蜂窝夹层板结构的多工况优化设计研究

以复合材料蜂窝夹层板结构作为研究对象,建立了多工况优化模型,对众多的材料设计变量进行必要的取舍,通过优化分析确定复合材料蜂窝夹层板面板各分层的厚度以及蜂窝芯层的厚度等,使结构满足相应的频率约束、屈曲约束,以及强度约束、位移约束和尺寸限制等,同时达到结构的重量最轻。采用序列二次规划法对某卫星的承力筒结构进行了优化设计,优化结果表明:在满足其振动特性以及静力学特性的条件下,复合材料蜂窝承力筒的各面板层厚度以及蜂窝芯层的厚度均有所减小,减重效果显著,较好地实现了复合材料蜂窝夹层板结构的多工况优化设计。

FY-4卫星微振动抑制技术研究

根据装载干涉式大气垂直探测仪对微振动抑制的要求,对风云四号(FY-4)卫星的微振动抑制技术进行了研究。通过统计星上振源,规划整星级频谱,研究微振动传播机理,设计了振源隔离和载荷隔振的双级隔振系统。给出了动量轮的隔振设计,将动量轮的安装支架由刚性变为基于六角架(Hexapod)构型的非线性变刚度柔性支架,隔离动量轮传递至卫星平台的振动干扰,从源头控制振动。分析了发射段幅频特性和在轨段隔振性能,结果表明试验结果与理论分析一致。在此基础上,采用隔振组件和解锁组件并联使用方式,实现干涉式大气垂直探测仪的二次隔振设计,以进一步抑制卫星平台传递至探测仪的微振动干扰。地面微振动试验和在轨微振动实测结果表明:隔振系统能使卫星平台传递至载荷安装面的微振动量级控制在0.1×10-3g以下,满足指标要求。FY-4卫星微振动抑制技术可为其他卫星的微振动抑制提供参考。

卫星结构悬浮式设计方案的热变形抑制作用分析

基于阻尼柔性连接装置的卫星结构悬浮式设计方案旨在既不降低结构完整性和支撑强度,又能为热应力提供释放空间,同时提供较高的阻尼以保证结构的振动抑制要求。文章从柔性连接的热应力释放机理出发,分析了影响卫星结构(主要是敏感仪器)热变形的主要因素,并且给出了复杂结构的设计准则。理论分析结果表明结构悬浮式设计方案可以有效改善敏感仪器的热变形情况,并且可以通过调整各部分的刚度来获得不同的抑制效果。最后通过实例证明了这种分析方法的有效性。

神经网络补偿的挠性卫星敏捷姿态机动

采用单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为主要执行机构,研究了挠性卫星的敏捷机动问题.首先,为挠性卫星建立带有时变参数及模型不确定性的刚柔耦合动力学模型;配置控制力矩陀螺/飞轮混合执行机构以满足敏捷卫星快速机动和高精度的任务需求.然后,设计积分型变结构控制律,并利用神经网络补偿器逼近不确定项,消除卫星挠性耦合特性和模型不确定性对系统的影响.最后,对算法进行了仿真验证.结果表明所设计的控制系统能够在执行机构不产生奇异的前提下,有效地抑制挠性附件的振动,使卫星在外界干扰及模型不确定性的影响下,快速达到要求的指向精度和稳定度.

整星阻尼减振方案及试验结果分析

为改善整星振动环境,研究了在星箭转接锥附加约束阻尼层(CLD)提高整星阻尼的可行性。用有限元方法计算和优选约束阻尼层减振方案,并根据结构特点,综合考虑阻尼增量和附加质量,获得了合理的约束阻尼减振方案。在结构星上进行了振动试验以验证方案的整星减振效果。分析和试验结果表明:此约束阻尼层减振方案有一定的减振效果,可靠性高,且不改变卫星原技术状态。另发现,采用的试验方法和结构星本身因素可能影响整星阻尼减振的减振效果评价。

卫星结构振动试验中的力控技术

介绍了卫星结构振动试验中力控技术的原理、特点,以及国外力控技术的研究和应用。通过与传统单轴加速度响应控制方法的对比,阐述了力和加速度双控技术对防止振动试验中过实验和欠实验的作用。分析表明该技术对实现卫星结构合理设计具有重要意义。最后提出了发展我国力控技术的建议。

一种应用输入成型的敏捷卫星快速姿态机动控制方法

敏捷卫星对姿态机动能力的快速性和稳定性提出了更高的要求,为此,提出一种应用输入成型的卫星姿态机动控制方法。通过引入比例-微分(PD)反馈加力矩前馈的复合控制,以及采用输入成型器对规划的原始姿态路径控制指令进行调制,使卫星控制后期稳定度得到提高,并能有效抑制挠性部件的振动。数学仿真验证的结果表明:对卫星姿态机动路径的规划和输入成型调制,可以在实现快速机动的同时,有效抑制挠性结构振动,缩短姿态稳定时间,为有效载荷提供更多的可工作时间和高精度、高稳定度的工作环境。

空间太阳能电站及其动力学与控制研究进展

太阳能是丰富、清洁、可再生的能源,其大规模开发有望缓解世界能源短缺和环境污染问题.由于太空中太阳能的能量密度高、不受天气和昼夜的影响,在太空中建造太阳能发电站是未来进行大规模太阳能发电的重要手段.然而,由于空间太阳能电站超大、超柔、长时间运行、需要高精度指向等特点,使得其动力学与控制问题成为学术界和工程界共同面临的难题.为了加深对空间太阳能电站及其动力学与控制的认识,简要介绍了空间太阳能电站的提出背景,回顾了空间太阳能电站的发展历程,综述了目前国内外主要的空间太阳能电站概念设计方案.最后总结了空间太阳能电站在轨服役阶段的动力学建模方法、复杂太空环境影响分析、数值仿真分析、轨道与姿态控制和结构振动控制等研究现状.研究表明,目前对空间太阳能电站动力学与控制的研究仍然处于起步阶段,其动力学模型主要集中在刚体、梁、板等简单的动力学模型,缺少更能真实反映空间太阳能电站在复杂太空环境下动力学行为的模型.在控制方面,目前的研究主要对空间太阳能电站的轨道、姿态和结构振动分别进行控制,忽略了三者之间的耦合影响,而进行轨道-姿态-结构振动协调控制的研究尚不充分.基于此给出了几点空间太阳能电站动力学与控制未来的发展方向.