大挠性空间桁架结构的动力学建模与仿真研究.pdf

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1、上海航天AER0SPACESHANGHAI第29卷2O12年第1期文章编号：10061630(2012)0l0052—04大挠性空间桁架结构的动力学建模与仿真研究周成刚，刘军，宋石玉，杜海旺，顾俊(中国卫星海上测控部，江苏江阴214431)摘要：对航天器结构中常用的一字型空间桁架，基于建立的普通式和拉索式空间桁架结构简化模型，用有限元法建立空间桁架结构模型，分别对两种空间桁架结构的模态特性、谐响应和瞬时激励响应等动力学特性进行了仿真研究，分析了拉索式空间桁架结构的弦张力对桁架结构振动特性的影响。研究较好地模拟了大挠性空间桁架结构的动力学特性及其在外太空的真

2、实工况，有一定的参考意义。关键词：大挠性空间桁架；有限元模型；动力学特性；振动控制中图分类号：V414．1文献标志码：ADynamicModelingandSimulationofLargeFlexibleSpaceTrussStructureZHoUCheng—gang，LIUJun，SONGShi—yu，DUHai—wang，GUJun(ChinaSatelliteMaritimeTrackingandControllingDepartment，Jiangyin214431，JiangsuChina)Abstract：Thedynamicfinitee

3、lementmodelsoflargestraight—lineflexiblespacetruss(LFST)ofsatellitewereestablishedbasedonthescalemodelsoferectableanddeployabletrussstructureinthispaper．Thedynamiccharacteristicsofmodalfrequency，modaldampingratioandtransientresponseforthetwotypesofLFSTwerestudiedbythesimulation．Th

4、eeffectofdiagonalforceofthedeployablespacetrussOilvibrationfrequencywasanalyzed．ThedynamiccharacteristicandrealstateinspaceoftheLFSTweresimulatedwel1inthisresearch，whichwasvaluable．Keywords：Iargestraight—lineflexiblespacetruss；Finiteelementmodel；Dynamiccharacteristic；VibrationSupp

5、resslon0引言主体姿态运动相互耦合，会对卫星的定位精度产生随着航天技术的进步，航天器结构的发展趋势严重影响。作为支撑结构的空间桁架的动力学性能是大型化、复杂化，大挠性空间桁架作为一种特殊的对整体空问结构的性能影响尤为重要，因此研究大空间结构得到越来越广泛的应用。如和平号空间站挠性空间桁架结构的动力学特性很有必要。和美国的SRTM系统采用一字型空间桁架，用于展目前，国内外大挠性体模型多为有限元模型，并开舱外天线设备，以此减少电子设备间的相互干用实验方法对其进行验证研究。本文中针对航天器扰l1]。另一方面，为降低发射费用，要求桁架结构尽结构中普遍应用的一

6、字型大挠性空间桁架(截面构可能轻。但受现有材料性能和太空工作环境的限型为正方形)，在建立普通式和拉索式空间桁架结构简化模型的基础上，用有限元法对大挠性空间桁架制，以及要求空间结构具轻质、低刚度、低阻尼等特性，在轨工作时一旦受各种外部或内部的干扰易激结构进行建模，对动力学特性进行仿真研究。起低频、大幅度、长时间的振动，同时因为低阻尼特性，激起的振动很难自行衰减。这种振动与航天器1建模收稿日期：2o1o—o4o6；修回日期：2o1oo5一o51·1物理模型作者简介：周成刚(1985)，男，硕士生，主要从事大挠性空间桁以和平号空间站和SRTM系统的空间桁架为架结

7、构的振动控制技术研究。研究对象。为简化分析，作假设如下：第29卷2012年第1期周成刚，等：大挠性空间桁架结构的动力学建模与仿真研究a)空间站及航天飞机质量较大，空间桁架结构为M2；+K6—0。为大挠性，质量远小于航天器，将与空间站及航天飞机连接的始端边界条件简化为固支。2仿真b)忽略连接铰链的间隙影响及其自身刚度对根据大挠性空间桁架的简化模型，本文设计了整个桁架刚度的影响，不考虑非线性因素，将其简化两个采用铝合金材料的大挠性空间桁架结构有限元为集中质量。仿真模型，桁架结构尺寸0．4m×0．4m×4．8m，分c)桁架结构末端电子设备简化为集中质量，作别由杆

8、件213根和杆件132根及对角弦组装而成。动器、传感器、铰链质量平