[发明专利]一种卫星动量轮扰振试验及数据判读方法

说明书

一种卫星动量轮扰振试验及数据判读方法，先通过实测动量轮产生的扰动力建立扰动力的谐波叠加数学模型；然后分别建立卫星在轨状态和多种地面扰振试验状态下的卫星有限元模型，采用频响分析方法计算各种卫星状态下，各阶谐波对敏感设备的扰振总响应，并选择与卫星在轨状态的分析结果差异最小的地面试验状态开展动量轮扰振试验，实测动量轮对敏感设备的扰振环境；最后通过对测量结果后处理来修正在轨状态的分析结果，以评估及验证卫星抗动量轮扰振设计的正确性和有效性。本发明通过仿真分析指导试验方案设计和结果判读，可评估动量轮扰动力的各阶谐波分量分别对敏感设备的影响，计算量小，便于工程实施。

技术领域

本发明涉及一种卫星动量轮扰振试验及数据判读方法。

背景技术

作为卫星重要的控制执行机构，动量轮、反作用轮或控制力矩陀螺是实现卫星三轴稳定姿态控制必不可少的星上设备。然而，由于动量轮机械加工误差会导致飞轮质量分布不均、动量轮轴承缺陷等因素存在，每一个动量轮在正常工作时均会产生不同程度的扰动力和扰动力矩，从而使卫星整体或舱板局部产生频率较宽、振幅较小的往复运动，称为微振动。动量轮也是卫星最主要的微振动扰动源。

动量轮导致的微振动现象是卫星在轨工作时的固有属性，不能被彻底消灭或消除，只能通过提高动量轮的加工精度或开展整星级的抗微振动设计予以减小或抑制。由于动量轮导致的微振动量级很小，通常仅为10^-4～10^-1g，远小于卫星发射时恶劣的动力学环境，因此通常不会造成卫星结构的破坏。但是，对于安装光学敏感设备的卫星，微振动的存在往往会造成光学敏感设备的精度下降，不容忽视，需开展专门的抗微振动设计、仿真分析与地面试验验证工作。

目前，我国已意识到动量轮等星上微振动扰动源对光学敏感设备的影响，并开始借鉴国外相关文献资料，对卫星微振动仿真分析方法和试验技术进行研究。但是，国外有关卫星微振动仿真分析的公开文献多针对空间望远镜这类科学观测卫星，文献技术细节模糊，适用卫星种类单一；其建模技术主要为基于卫星结构模型、控制模型和光学设备的光学模型高度耦合的“一体化集成建模技术”，建模和仿真分析过程则完全依赖于对中国禁运的各种专用软件，如MIT开发的DOCS软件(Disturbances-Optics-Controls-Structures)等，不能直接应用于国内相关卫星的工程研制。而在我国目前的工程应用中，普遍使用的仿真分析方法则主要是利用MSC.Nastran软件建立卫星的有限元模型后，直接将实测的动量轮扰动力加载到卫星模型上，然后采取时程响应分析方法进行仿真分析。此方法有两项缺点：一、时程响应所需的计算量大；二、不能逐一评估动量轮扰动力的各阶谐波分量分别对敏感设备的影响。此外，对于如何开展卫星的动量轮扰振试验，如何进行试验方案设计、确定卫星技术状态并对试验结果进行判读，我国目前也缺乏相应的规范标准和技术指南。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星动量轮扰振试验及数据判读方法，适用于在仿真分析动量轮高速转动对卫星敏感设备产生的扰振响应基础上，合理设计试验方案，开展整星级动量轮扰振试验，以实测动量轮在星上产生的加速度环境，并对数据测量结果分析评估，可用于验证卫星抗动量轮扰振设计的正确性和有效性。

本发明的技术解决方案是：一种卫星动量轮扰振试验及数据判读方法，包括如下步骤：

步骤一、将卫星的动量轮依次安装在六分量测力平台上，测量动量轮转速从0升至最高转速Ω_max的过程中在动量轮局部坐标系中沿x、y、z轴方向的扰动力F_x(t)、F_y(t)、F_z(t)和扰动力矩M_x(t)、M_y(t)、M_z(t)：