[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

说明书

本发明公开了一种确定模拟在轨边界对航天器在轨动力学特性影响的方法，通过分别建立在轨自由边界航天器和模拟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，再对获得的模态频率、模态振型和关键测点的微振动响应进行偏差对比分析，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。本发明实现了航天器地面微振动试验中，模拟在轨自由边界对航天器在轨动力学特性和动力学响应影响的定量评价，提高航天器地面微振动试验技术水平。

技术领域

本发明属于航天器微振动试验技术领域，具体涉及一种航天器地面微振动试验时模拟在轨自由边界对航天器在轨动力学特性的影响的确定方法。

背景技术

微振动是指航天器在轨运行期间，星上转动部件高速转动、大型可控构件驱动机构步进运动、变轨调姿期间推力器点火工作、大型柔性结构进出阴影冷热交变诱发扰动等都会使星体产生一种幅值较小、频率较高的扰动响应。大多数航天器都存在着微振动扰动源，由于微振动力学环境效应幅值小、频率高，对大部分航天器不会产生明显影响，通常予以忽略。但随着军事侦察、预警以及民用卫星空间相机对空间分辨率和图像成像质量等要求的不断提高，微振动产生的扰振问题越来越突出，高精度卫星研制过程中必须在地面开展卫星微振动试验，在地面验证卫星在轨的成像质量是否受到微振动的严重影响。

由于卫星微振动发生在卫星在轨飞行期间，在地面进行卫星微振动试验时，为确保试验结果有效，必须在地面模拟卫星在轨自由飞行的失重状态，即在地面模拟卫星在轨的自由边界。 目前国内外都已经开展了高精度卫星的地面微振动试验，并在试验中普遍采取了在轨自由边界模拟技术和措施。美国的SDO(Solar Dynamics Observatory)卫星通过试验建立了整星微振动条件下的动力学模型，用以预示在轨微振动响应。试验过程中，整星底部采用低频气囊支撑，模拟在轨自由边界。ESA对激光通信中继卫星(ARTEMIS)进行了地面微振动测试，测试过程中采用低频支撑装置对整星进行底部支撑，支撑频率为2.8Hz，近似模拟在轨自由边界。国内某型号卫星进行微振动试验时未采用专门设计的模拟自由边界，因此通过传递函数对比分析了边界条件的影响，结果表明对30Hz以下频段传递函数影响显著。

由于地面只能近似模拟卫星在轨的自由边界，因此有必要对模拟自由边界产生的影响进行分析，以支撑地面微振动试验中模拟自由边界方案设计和地面微振动试验结果有效性的评估。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种确定模拟在轨边界对航天器在轨动力学特性影响的方法，实现地面微振动试验中，模拟的在轨自由边界对航天器在轨动力学特性和动力学响应影响的定量评价，用于支撑地面微振动试验中模拟自由边界方案设计和地面微振动试验结果有效性评估。

本发明通过如下技术方案实现：

确定模拟在轨边界对航天器在轨动力学特性影响的方法，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。