太陽電池陣布局對微小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)特性影響

《太陽電池陣布局對微小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)特性影響》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、第28卷第4期航天器環(huán)境工程太陽電池陣布局對微小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)特性影響鄭侃1，廖文和1，張翔2(1．南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，南京210016；2．南京航空航天大學(xué)高新技術(shù)研究院，南京210016)摘要：通過對比某型號微小衛(wèi)星兩種體裝式太陽電池陣布局及連接方式，從結(jié)構(gòu)響應(yīng)靈敏度的角度分析了結(jié)構(gòu)的阻尼對整星頂板太陽敏感器測點(diǎn)加速度響應(yīng)的影響程度。同時對兩種方案整星的正弦振動試驗(yàn)結(jié)果對比分析，結(jié)果顯示：減少側(cè)板固定連接點(diǎn)且增加電池片數(shù)量的方案使其碩板部分測點(diǎn)響應(yīng)超出了設(shè)備試驗(yàn)條件，且比初始設(shè)計(jì)方案測點(diǎn)的響應(yīng)高

2、出了27．1％，縱向和橫向一階頻率均有不同程度的降低。因此，從結(jié)構(gòu)特性的角度來看，初始設(shè)計(jì)方案更為合理。關(guān)鍵詞：微小衛(wèi)星；太陽電池陣；靈敏度分析：振動試驗(yàn)中圖分類號：V423．4．4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673—1379(2011)04-0349--04DoI：103969／jissn．1673—1379201104．0080引言近年來發(fā)射的航天器中，除了極少數(shù)以燃料電池、核能以及一次性化學(xué)電池組作為能源外，大多采用太陽電池陣和蓄電池聯(lián)合供電的方式。太陽電池陣具有功率大、壽命長、重量小、構(gòu)造簡單

3、可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)，非常適合作為微小衛(wèi)星的空間電源【l。J。太陽電池陣的構(gòu)造形式各異，總的來說可分為體裝式和展開式兩大類[4-5l。由于本文所涉及的微小衛(wèi)星的功率消耗較小，因此采用體裝式太陽電池陣和蓄電池聯(lián)合供電的方式。所有的太陽電池均直接安裝在六面體衛(wèi)星的表面上。由于該微小衛(wèi)星采用三軸穩(wěn)定方式，因此對六面體上的太陽電池陣的設(shè)計(jì)有較高要求。從提高電能的角度希望盡可能增加側(cè)板上電池片的數(shù)量，但電池片數(shù)量的增加又勢必會減少側(cè)板與骨架之間的固定連接件，這將會對整星的結(jié)構(gòu)特性產(chǎn)生一定的影響，而且僅憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)

4、驗(yàn)很難判斷這種影響程度，故必須對其進(jìn)行有效的理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。1方案介紹該微小衛(wèi)星共有6塊體裝式太陽電池陣，并將其固定在側(cè)板上。方案1為初始方案。方案2是在方案l的基礎(chǔ)上減少了8個用于固定的M5螺釘，增加了側(cè)板上太陽電池片的數(shù)量(如圖1所示)，從而可提高平均輸出功率。該微小衛(wèi)星有2塊側(cè)板安裝了太陽敏感器，為方便說明，將其定義為太陽電池板B，其余4塊定義為太陽電池板A。表1列出了兩種方案的電性能參數(shù)。f』1L{^R1-n7＆板A輔．／＼(a)方案1Co)方案2圖1兩種方案下太陽電池陣布局示意圖Fig

5、1Layoutsofthesolarcellarrayintwoschemes表1兩種方案的電性能參數(shù)對比TablelComparisonofelectricperformanceparametersbctweentwoschemes收稿日期：2011-01．18；修回日期：2011-03-09作者簡介：鄭侃(1983一)，男，博士研究生，主要從事微小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。E-mail：zk92800@nuan．edu．cn鼬黼黼航天器環(huán)境工程第28卷2理論分析計(jì)算2．1有限元模型的建立建立方案l的整星有限

6、元模型。由于其主承力結(jié)構(gòu)中采用了大量的鋁蒙皮蜂窩夾層材料，而通常的有限元分析軟件中沒有與之對應(yīng)的單元庫，故采用三明治夾心理論進(jìn)行等效處理。適配器是衛(wèi)星與火箭的連接裝置，其上下框?yàn)殇X板結(jié)構(gòu)，通過包帶連接。由于包帶具備一定的剛度和強(qiáng)度，因此用一個bush單元對適配器進(jìn)行簡化，其參數(shù)為試驗(yàn)值。適配器上下框采用四節(jié)點(diǎn)板單元，為了與整星結(jié)構(gòu)的單元相協(xié)調(diào)，其單元大小與主承力結(jié)構(gòu)板單元一致。另外，由主傳力路徑可知，無論是縱向還是橫向激勵，隔板和底板上載荷都較大，特別是在兩者與適配器的連接處可能出現(xiàn)較強(qiáng)的應(yīng)力集中現(xiàn)

7、象，因此在建模過程中應(yīng)盡量考慮節(jié)點(diǎn)單元的協(xié)調(diào)性。星上各單機(jī)均按集中質(zhì)量處理，而電纜和接插件按非結(jié)構(gòu)質(zhì)量考慮。簡化后的整星有限元模型如圖2所示。圖2整星力學(xué)分析有限元模型Fig2FEMmodelforthesatellite為了獲得該微小衛(wèi)星的響應(yīng)特性，在方案1的基礎(chǔ)上研制了結(jié)構(gòu)星，并對其進(jìn)行了有限元仿真分析和動力學(xué)試驗(yàn)。兩種驗(yàn)證方式的結(jié)果均表明：在橫向振動時，衛(wèi)星的頂板部分測點(diǎn)的響應(yīng)接近該板上設(shè)備的試驗(yàn)條件。以太陽敏感器為例，其附近的測點(diǎn)在Y向正弦驗(yàn)收級試驗(yàn)條件下的加速度響應(yīng)峰值達(dá)到了12．26g，

8、接近該儀器Y向加速度15g的試驗(yàn)條件。由于兩種方案其結(jié)構(gòu)阻尼的變化勢必對頂板的響應(yīng)以及整星的基頻產(chǎn)生一定的影響，因此本文從結(jié)構(gòu)響應(yīng)靈敏度的角度分析了結(jié)構(gòu)的阻尼對頂板太陽敏感器測點(diǎn)響應(yīng)的影響程度。2．2衛(wèi)星振動響應(yīng)靈敏度分析計(jì)算結(jié)構(gòu)靈敏度分析是結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的一項(xiàng)重要工作，它是利用泰勒展開式的一次或二次項(xiàng)估計(jì)質(zhì)量、阻尼、剛度和設(shè)計(jì)變量的變化與模態(tài)參數(shù)以及響應(yīng)之間的相關(guān)關(guān)系。由于本文所涉及的工程問題難以得到結(jié)構(gòu)響應(yīng)的表達(dá)式，因此該結(jié)構(gòu)靈敏度的計(jì)算采用基于有限元技術(shù)的差分運(yùn)算來