太阳翼锁定冲击载荷建模分析方法研究

摘要

折叠式太阳翼是最常用的为航天器提供电源的一类太阳翼。该类太阳翼通常包含一个连接架和数块帆板,发射阶段收拢入轨后展开。展开结束时刻太阳翼各铰链特别足根铰驱动机构(SADA)处会有较大的冲击载荷。冲击载荷超过SADA的承受限度,就会造成结构和机构破坏、太阳电池无法正常供电的恶劣后果。在地面开展真空环境中的展开锁定试验非常斟难,因此有必要采用分析手段对锁定冲击载荷进行预计和评估。本文针对一类典型太阳翼,利用NASTRAN建立了连接架和3块太阳板的有限元模型,然后利用ADAMS软件建立了太阳翼展开锁定柔性多体分析模型。过去对锁定过程一般采用刚性连接代替有限元模型中铰链梁单元,然后用单自南度转动铰链连接各部件和建立锁定力矩的建模方法。本文研究了一种新的锁定过程建模方法,该方法能够考虑铰链的所有刚度特性。并基于该方法,研究了下列参数变化对锁定冲击载荷的影响:(a)采用Guyan缩聚法将有限元模型导入柔性多体系统模型的模态数;(b)仿真步长:(c)铰链刚度;(d)柔性体模态阻尼。通过分析可知计算时需选取足够多的模态以及足够小的仿真步长,还要采用较小模态阻尼以得到冲击载荷的保守设计值。同时当地面试验有多组刚度测试结果时,为了保证SADA可靠性,应该选取最大刚度试验值代入分析。研究表明本文采用的新的太阳翼展开锁定铰链建模方法能够得到准确的冲击载荷结果并易于实施。