航天器平面薄膜结构模态分析和试验

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1、第26卷第3期航天器工程V01．26No．32017年6月SPACECRAFTENGINEERING43航天器平面薄膜结构模态分析和试验邱慧李潇樊俊峰林秋红檀傈锰(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要为分析航天器平面薄膜结构(包含薄膜和绳索张拉系统)的动力学特性，对真空和空气中的多花边平面薄膜结构的模态进行了有限元仿真分析，且构建了一套测试平面薄膜结构模态的试验系统，分别利用摄影测量法和扫描式激光测振仪对平面薄膜结构的平面度和模态进行了测量，试验结果验证了模态仿真分析的正确性。进一步的分析表明，平面薄膜结构的基频近似与绳索拉力的平方根呈正比，且基频随花

2、边半径增大而减小，但减小幅度很小，说明增大绳索拉力对平面薄膜结构基频的提高比减小花边半径对基频的提高要明显得多。关键词航天器；平面薄膜结构；模态分析；空气附加质量中图分类号：V414文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2017．03．007ModalAnalysisandExperimentofSpacecraftFlatMembraneStructuresQIUHuiLIXiaoFANJunfeng(BeijingInstituteofSpacecraftSystemLINQiuhongTANLimengEngineering

3、，Beijing100094，China)Abstract：InordertOanalyzedynamiccharacteristicsofflatmembranestructures(includingmem—braneandtensioningsystem)，modalanalysisforaflatmembranestructurewithmultiplepocketsinvacuumandairiscarriedoutbyfiniteelementsimulationandamodaltestingsystemisbuilt．Flatnessofthefl

4、atmembranestructureismeasuredbyphotogrammetrictestingtechniqueandthemodalistestedbyascanninglaservibrometer．Validityofthemodalsimulationanalysisisdemonstratedbyexperimentalresults．Basedontheverifiedmodelingtechnique，furtherresearchresultsshowthatthefundamentalfrequencyofflatmembranest

5、ructuresisapproximatelypropor—tionaltothesquarerootofcabletensionforceandthefundamentalfrequencydecreaseswiththeincreasingofradiusofpocket，butthedecreasemagnitudeissmall．Therefore，inordertOin—creasethefundamentalfrequencyofflatmembranestructures，increasingcabletensionforceismuchmoreef

6、ficientthandecreasingradiusofpocket．Keywords：spacecraft；flatmembranestructure；modalanalysis；airaddedmass引言平面薄膜结构因具有质量轻、收纳体积小等优点而在大型航天器薄膜天线¨21(面积约为几百平方米或者更大)、太阳帆‘3‘43等方面具有良好的应用前景。平面薄膜结构的模态直接决定或影响着结构型面精度保持、振动控制等，而模态分析的正确性需通过试验来验证，所以开展平面薄膜结构模态分析和试验研究具有重要意义。收稿日期：2017—03—30；修回日期：2017-05—16

7、作者简介：邱慧，女，硕士研究生，研究方向为航天器结构与机构设计。Email：qh—sofa@126．com。航天器工程航天器空间环境为高真空，在地面对平面薄膜结构进行模态测试时需用真空设备，而真空设备成本高且易受场地限制．为了降低成本和试验复杂度．地面试验大多在空气中进行。由于薄膜结构为轻质柔性结构，其与周围介质空气之间的耦合因素不可忽略．所以关于平面薄膜结构模态分析和试验研究大多需考虑空气因素。2002年，剑桥大学的S．Kukathasan等对三角平面薄膜结构在空气中的模态进行了有限元仿真分析。并对仿真分析的正确性进行了试验验证。1．但分析的薄膜对象仅有1个花边

8、。2006