大会2015集大型太阳能帆板展开动力学研究

引小型刚性能电池帆板由于质量、收拢体积的限制已不能满足需求1。大型能帆板采用展开机构收展，发射过程中所占空间小，展开后面积比较大，逐渐成为能电池阵列发展的趋势2。能帆板在发射过程中处于折叠状态，进入太空后展开。帆板系统能否顺利展开，对正常工作至关重要。本文对折叠式三棱柱桁架支撑的大型能帆板系统的展开动力学问题进行了研究。介绍了能帆板系统的主要部件和工作原理，给出了系统中各机构的设计并给出并进行了合理的模型简化。然后建立柔性能帆板系统的刚柔耦合多体系统动力学论了展开过程中机构导向机构等部件对系统动力学行为的影响。为后续分析和设1、张力控制机构的共同作用而展开4 tcm

导向绳1）Theprojectwassupportedby 2）E-其中ktcm为机构等效拉伸刚度，ctcm是阻尼系数，δvtcm绳索连接两端不见得相对δltcm是绳索的拉伸长 2

图2导向绳索作用原理(a)正常展开状态b)大范围偏转(c)反折状本节采用笛卡尔方法建立系统的动力学方程7。选取广义坐标为q T aNΛTT (刚 aΛTT (刚qiqi

r为第i个物体连体基原点位置的笛卡尔坐标，Λ[ Λ]T为描述物 3的运动，a a)T为描述柔性体变形的s阶模态坐标8 s由速度变分原理9，可得系统的动力学方程为δqT(Mqfwfofu) i 引入拉格朗日乘子

δqT(MqQCTλCT ) Λ C CTqQ q 0λΛγΛ 0λγ 3文中采用MSC/NASTRAN有限元分析程序对各柔性基板进行有限元分析以提取表1航天器阵模型的物理参数质量转动惯Jyy(kg·m转动惯Jzz(kg·m6力导向力0--0.1 100200300400500600700图3基板12横向位图480s时刻帆板展开情

4 本文采用虚功率原理和方法研究了考虑帆板柔性变形的大型能帆板系能够有效地对阵的展开动力学问题进行描述，展开过程中，张力控制机构和导向机闻新,纪龙,朱诗嘉.航天器电池阵列的发展历程.中国航天,2012,KimberR,RegaladoO,WuC,TheEOS-AMsolararray-aflexibleGaAs/Gearray,PhotovoltaicSpecialistsConference,ConferenceRecordoftheTwentyThirdIEEE,1993.陈务军,张淑杰.空间可展结构体系与分析导论.:中国宇航,VigneronF,ParthasarathyAandHarrisonT.ysisofthestructuraldynamicsofaflexiblesolararrayandcorrelationwithground-testing.In:6thcommunicationssalitesystemsconference,Montreal,Canada,1976.KojimaY,TaniwakiSandOhkamiY.AttitudeVibrationCausedbyaStick-SlipMotionforFlexibleSolarArrayofAdvancedEarthObservationSalite.JVibControl2004;10:1459～1472.杨俊.大型翼盘绕式展开机构多体动力学研究.,,ShabanaAA.Dynamicsofmultibodysystems.Cambridge:CambridgeUniversityPress,ThssiadesS,GnanakumarrM,RahnejatHandMendayM.Modeidentificationinimpact-inducedhigh-frequencyvehiculardrivelinevibrationsusinganelasto-multi-bodydynamicsapproach.ProcIMechEPartK:JMulti-bodyDynamics,2004,218:81～94.洪嘉振.计算多体系统动力学.:高等教育,RESEARCHONDEPLOYMENTDYNAMICSOFLARGE-SCALEFLEXIBLESOLARARRAYSLI CAI(DepartmentofEngineeringMechanics,StateKeyLaboratoryofOceanEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,No.800,DongchuanRoad,Shanghai200240,PR)Inthispaper,deploymentdynamicsoflarge-scaleflexiblesolararraysareinvestigated.Theadoptedsolararraysystemisintroducedfirstly,includingsystemconfiguration,thetensioncontrolmechanism,guy-wireandjointdamperbetweensub-panels.Thenkinematicdescriptionofasingleflexiblebodyandkinematicconstraintequationsoftwobodiesarededuced.Finally,dynamicequationofthesolararraysystemisestablishedbytheJourdainvelocityvariationprinciple.Theeffectsofguy-wire,tensioncontrolmechanismandjointdamperonthesystemperformancearestudiedindetail.Simulationresultsindicatethattheproposedmodeliseffectivetodescribethedeploymentdynamicsofthelarge-scaleflexiblesolararrays;guy-wire,tensioncontrolmechan