柔性航天器模块化动力学建模及模型修正

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卫星作为人类应用最为广泛的航天器,其发展十分迅速。因此,卫星的快速设计、建模、仿真已成为卫星动力学建模的重要发展方向。但是卫星同时作为一个复杂的系统工程,各分系统在设计与研发的过程中又存在着相互耦合,这对卫星的快速设计等技术的实现有直接影响。因此,卫星结构分系统与控制分系统通过模块化建模方法实现协同设计对卫星的快速建模是十分有意义的。本文以带有柔性附件的航天器为应用对象,对柔性航天器的模块化动力学建模方法及其有限元模型修正进行研究。主要的研究内容如下:首先,对无附件及带有刚性附件的卫星模块化动力学建模方法进行研究。无附件的刚体卫星亦是其他类型卫星的中心刚体模型。本文首先构建其动力学模块为后续研究应用打下基础,与此同时建立理想化的带有刚性附件的卫星的模块化动力学模型,形成中心根体模块、附件动力学模块、安装矢量模块、坐标转换模块等以实现刚体卫星的动力学模块化建模。其次,对带有单柔性附件的卫星的模块化动力学建模方法进行研究。利用混合坐标法与状态空间法推导其动力学方程,在带有刚性附件卫星模块化建模方法的基础上推导出柔性附件动力学模块及刚柔耦合模块,形成其模块化建模方法。在其基础上进一步建立带有簇状柔性附件的卫星的模块化动力学建模方法。再次,对带有柔性链状附件的卫星的模块化动力学建模方法进行研究。利用CB方法与状态空间法融合,建立起柔性链附件的中间体模块、末端体模块等。从而形成该类卫星的模块化建模方法。最后,对有限元动力学模型修正进行研究。准确的有限元模型可以为模块化建模方法提供准确的动力学相关参数。为获得准确的有限元模型,本文对试件进行地面模态试验,利用地面模态试验数据对该试件的有限元模型进行修正,通过对相关单元参数及材料参数的校正获得较为准确的有限元动力学模型。
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