星载二维转台微振动特性研究

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微振动是指航天器在运行期间由于内部或外部扰动引起的振幅较小、频率较高的颤振响应。高分辨率是卫星光学载荷发展的重要方向之一,而微振动是制约卫星有效载荷分辨率提高的一个重要因素。本文针对星载二维转台微振动特性进行研究,研究和分析了二维转台的平衡轮工作时所产生的微振动在二维转台中的振动传递特性,为今后光学载荷所受到的微振动特性分析和微振动的抑制打下了基础。  本文首先通过微振动实验,对平衡轮的微振动特性进行了研究,并得出平衡轮振动的加速度幅值和均方差可以作为评价平衡轮质量的参考因素。同时,建立了二维转台微振动的输入输出模型,以二维转台最大的内部振源平衡轮的输出为整个模型的输入。通过SO Analyzer软件对平衡轮输出数据进行采集与分析,最终得到了准确有效的输入,并确立了二维转台7个具有代表性的输出位置。  然后对二维转台进行了有限元网格划分,介绍了两种轴承等效模拟的方法,并最终确定了一种适合二维转台微振动模拟仿真的轴承等效方法。在该轴承等效模拟方法中,对其采用了4个弹簧单元,分别模拟三个平向自由度和一个旋转自由度,并赋予其相应的刚度,最后经过实验和仿真验证了轴承等效方法的准确性。  基于有限元分析软件MSC.Patran&Nastran建立了二维转台的有限元模型,并对其进行了模态分析。得到了二维转台前二十阶固有频率以及相关振型,为后续的频率响应分析和微振动实验提供参考。分析结果表明,振型相对位移较大点出现在U型架两侧,说明了这些位置比较敏感,容易被激起较大的振动。  利用Nastran对二维转台进行了频率响应分析,得到了7个位置的输出响应、谐振频率及其相应振幅。然后对二维转台实际产品进行了微振动实验,采用了加速度传感器测量的方法,通过Matlab处理实验数据,得到了二维转台中7个输出位置的时域曲线和频域曲线,同时也得到了7个位置输出点的谐振频率和相应的幅值。此外,根据频率响应仿真和微振动实验结果,得到了微振动在二维转台上传递的相关特性,以及不同轴承对于该模型中微振动的传递作用不同。最后,对比仿真和实验中7个位置输出点的谐振频率,其误差都在0.13%~12.6%范围内,说明了该二维转台有限元模型准确有效,适合于微振动的模拟仿真。
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