[发明专利]一种大惯量旋转载荷卫星的刚柔磁耦合动力学建模方法

说明书

一种大惯量旋转载荷卫星的刚柔磁耦合动力学建模方法，它用于航天器动力学建模领域。本发明解决了在磁悬浮轴承连接下，刚柔耦合的多级多体卫星系统将会受到电磁力的影响，导致系统动力学建模极为复杂的问题。本发明在考虑系统刚柔耦合、磁力耦合的基础上，利用第二类拉格朗日方程原理，分别建立卫星平台和大惯量旋转载荷的动力学方程，能够将柔性太阳帆板振动、轴承电磁力对整个旋转载荷卫星动力学特性的影响体现在模型中，较为简便地完成了动力学模型的建立。本发明可以应用于航天器动力学建模领域用。

技术领域

本发明属于航天器动力学建模领域，具体涉及一种大惯量旋转载荷卫星的刚柔磁耦合动力学建模方法。

背景技术

随着空间任务需求的不断增长，卫星有效载荷的结构越来越复杂，呈大质量、大惯量趋势；对卫星平台和有效载荷的指向精度与稳定度的要求也越来越高。现阶段卫星平台和有效载荷之间的连接部件通常是机械轴承，机械轴承的摩擦较大，会影响有效载荷的旋转精度；且机械轴承的高刚度特性也会将卫星平台如柔性帆板弹性振动、惯性轮偏心干扰等的高频振动传递至载荷，影响载荷的成像质量。而磁悬浮轴承是一种利用电磁力实现转子漂浮的非接触型轴承，具有高转速、低功耗、无磨损、无需润滑以及振动抑制特性，因此将磁悬浮轴承应用至卫星设计具有广泛的应用前景。但在磁悬浮轴承连接下，刚柔耦合的多级多体卫星系统将会受到电磁力的影响，导致系统动力学建模极为复杂。

发明内容

本发明的目的是为解决在磁悬浮轴承连接下，刚柔耦合的多级多体卫星系统将会受到电磁力的影响，导致系统动力学建模极为复杂的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种大惯量旋转载荷卫星的刚柔磁耦合动力学建模方法，该方法的具体步骤为：

步骤一：确定旋转载荷卫星的结构包括卫星平台、平台三轴正交飞轮、双侧柔性太阳帆板、磁悬浮轴承、旋转载荷和载荷惯性轮；

假设卫星平台为刚体，平台三轴正交飞轮为刚体，旋转载荷为刚体，旋转载荷与卫星平台之间为磁悬浮轴承连接；双侧柔性太阳帆板及载荷惯性轮为单轴驱动；

定义坐标系：以地心为坐标原点o，建立地心赤道坐标系oxyz，所述地心赤道坐标系的x轴在J2000地球平赤道面内由地心指向J2000时刻的平春分点，z轴为J2000地球平赤道面的法线且指向北极方向，y轴同x轴和z轴构成右手系；

以旋转载荷卫星质心为坐标原点o_o，建立轨道坐标系o_ox_oy_oz_o，所述轨道坐标系的x_o轴在旋转载荷卫星的轨道面内并指向旋转载荷卫星的前进方向，z_o轴由旋转载荷卫星质心指向地心，y_o轴同x_o轴和z_o轴构成右手系；假设旋转载荷卫星的轨道坐标系原点作匀速直线运动；

旋转载荷卫星包括平台分系统和载荷分系统；所述平台分系统包括卫星平台、平台三轴正交飞轮和双侧柔性太阳帆板，所述载荷分系统包括旋转载荷和载荷惯性轮；

以平台分系统质心为坐标原点o_s，建立平台分系统质心坐标系o_sx_sy_sz_s，所述平台分系统质心坐标系的x_s轴与y_o轴方向相反，y_s轴与z_o轴方向相反，z_s轴同x_s轴和y_s轴构成右手系；