何贵勤 曹登庆 陈 帅 黄文虎

(哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨 150001)

引 言

随着航天领域的发展,现代大型柔性航天器往往安装有诸如大型太阳翼等柔性结构,为了得到可持续的能源,其尺寸日益增大、结构重量越来越轻,太阳翼的弹性振动不可避免地与航天器主体平台的运动相互耦合,这种耦合效应随着太阳翼尺寸的增大显著增强.此时,单个太阳能帆板的模态(假设模态)并不能准确反映整个太阳翼在系统中的弹性振动,这导致采用假设模态离散得到的动力学模型,在准确性上可能会存在一定的不足.因此,大型柔性组合结构的动力学建模与振动响应分析、结构振动控制等问题变得愈加复杂且难以处理[1].发展能获取反映系统真实弹性振动的全局模态的解析方法,将其应用在组合柔性结构的动力学建模,并此基础上深入开展其振动控制和非线性动态响应的研究,具有一定的理论意义和工程价值.

航天器大型太阳翼的构成部件为具有无限自由度的柔性体,无论是对系统的非线性动力学特性进行分析,还是基于其动力学模型的状态空间进行控制器的设计,都要对柔性部件的连续位移进行离散,得到具有有限自由度的常微分方程组的动力学模型[2].目前,比较常用的两种离散方式分别是有限元法[3-5]和模态法[6-7].

有限元法可以离散具有复杂形状的复合柔性结构,在单元数量足够多的情况下,有限元模型所得到……