[发明专利]确定模拟在轨边界对航天器在轨动力学特性影响的方法

权利要求书

1.确定模拟在轨边界对航天器在轨动力学特性影响的方法，其特征在于，主要通过以下步骤实现：

(1)建立在轨自由边界航天器的有限元模型；

(2)建立模拟在轨自由边界航天器的有限元模型；

(3)对在轨自由边界航天器的有限元模型进行模态分析和微振动动态响应分析，提取航天器的模态频率、模态振型和关键测点的微振动响应；

(4)对模拟在轨自由边界航天器的有限元模型进行模态分析和微振动动态响应分析，提取航天器的模态频率、模态振型和关键测点的微振动响应；

(5)对步骤(3)和步骤(4)获得的模态频率、模态振型和关键测点的微振动响应进行偏差对比分析，根据试验精度需求进行实际偏差与偏差标准的对比，确定模拟在轨边界对航天器在轨动力学特性和响应的影响；

其中，所述对在轨自由边界航天器的有限元模型进行模态分析和微振动动态响应分析，提取航天器的模态频率、模态振型和关键测点的微振动响应包括：

首先进行模态分析，利用有限元计算分析软件，设置在轨自由边界航天器的有限元模型为自由边界条件，根据地面微振动试验的频率范围，设定相同或相近的模态分析频率范围，计算得到在轨自由边界航天器有限元模型的模态频率序列式中为第i阶模态频率，同时得到与模态频率序列一一对应的模态振型序列式中为第i阶模态振型；然后进行微振动动态响应分析，利用有限元计算分析软件，设置响应分析类型为频率响应分析，设置在轨自由边界航天器的有限元模型为自由边界条件，根据已知的扰动力和扰动源的位置，在在轨自由边界航天器的有限元模型上相应的位置设置动态力载荷激励；选取航天器上关键位置作为响应结果输出点，根据地面微振动试验的频率范围，设定相同或相近的响应分析频率范围，计算得到输出点的频域内的微振动响应结果式中为第i个输出点的振动响应结果曲线。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，根据航天器结构设计参数和地面微振动试验状态，利用有限元建模软件，对航天器的结构构件、构件连接关系、结构材料进行建模，建立起在轨自由边界航天器的有限元模型；其中，有限元建模软件为MSC.Patran。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，首先根据地面微振动试验中在轨自由边界模拟装置的设计方案和参数，利用通用有限元建模软件，采用合理的建模简化方法，建立在轨自由边界模拟装置的有限元模型，利用集中质量单元模拟航天器的质量特性，将集中质量单元与在轨自由边界模拟装置的有限元模型对接，确定所建立的组合模型的固支边界模态频率，检验自由边界模拟装置的前6阶支撑频率是否正确；然后，将建立的航天器在轨飞行状态有限元模型与在轨自由边界模拟装置的有限元模型对接，形成模拟在轨自由边界的航天器地面微振动试验状态有限元模型。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述的扰动源为航天器上的控制力矩陀螺。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述的响应结果输出点为航天器上的光学相机及航天器上其他重点关注的位置或仪器设备。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中，模拟在轨自由边界航天器有限元模型的边界条件设置为在轨自由边界模拟装置固支，分别得到模拟在轨自由边界航天器有限元模型的模态频率序列模态振型序列和微振动响应结果式中为第i阶模态频率，为第i阶模态振型，为第i个输出点的振动响应结果曲线。