大挠性空间桁架结构的动力学建模与仿真研究

2012-09-18周成刚宋石玉杜海旺

上海航天 2012年1期

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)

0 引言

随着航天技术的进步,航天器结构的发展趋势是大型化、复杂化,大挠性空间桁架作为一种特殊的空间结构得到越来越广泛的应用。如和平号空间站和美国的SRTM系统采用一字型空间桁架,用于展开舱外天线设备,以此减少电子设备间的相互干扰[1]。另一方面,为降低发射费用,要求桁架结构尽可能轻。但受现有材料性能和太空工作环境的限制,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。这种振动与航天器主体姿态运动相互耦合,会对卫星的定位精度产生严重影响。作为支撑结构的空间桁架的动力学性能对整体空间结构的性能影响尤为重要,因此研究大挠性空间桁架结构的动力学特性很有必要。

目前,国内外大挠性体模型多为有限元模型,并用实验方法对其进行验证研究。本文中针对航天器结构中普遍应用的一字型大挠性空间桁架(截面构型为正方形),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结构进行建模,对动力学特性进行仿真研究。