[发明专利]一种多自由度太阳电池阵模态特性数据确定方法

说明书

一种多自由度太阳电池阵模态特性数据确定方法，基于展开零位太阳电池阵结构、机构方案、质量特性，建立零位状态太阳电池阵的有限元模型；将零位状态太阳电池阵的有限元模型的所有节点通过分成固定部分节点组和转动部分节点组；将绕A轴转角范围按照▽a分为M个参数，将绕B轴转角范围按照▽β分为N个参数；将转动部分节点组进行坐标变换，共得到M×N种状态下的太阳电池阵有限元模型；通过有限元方法获取太阳电池阵所有有限元节点的质量矩阵；针对M×N组状态下太阳电池阵有限元模型，进行模态分析，提取模态频率、模态振型、坐标矩阵、对质心的惯性惯量矩阵；求取转动耦合系数，采用惯量完备性原则验证模态截断的合理性。

技术领域

本发明涉及一种多自由度太阳电池阵模态特性数据确定方法，属于空天飞行器结构载荷与力学环境领域。

背景技术

太阳电池阵依靠大面积且轻质量的翼面反射太阳光获取能源，是实现飞行器长时间在轨运行、执行任务的重要保障，因此近年来大挠性太阳电池阵飞行器成为航天领域内的研究热点。太阳电池阵具有大面积、刚度低、阻尼小的结构特点，导致其动力学特性复杂，一旦由于外界干扰力矩激励起低阶模态，轻则影响飞行器正常工作，重则导致锁止电机失效使任务失利。因此对其弹性振动研究具有重要的意义。

以往国内外学者对带挠性附件飞行器的动力学仿真研究较多，特别是对于过度振动控制研究较为深入，但对于多自由度太阳电池阵的模态数据如何描述，未找到现有技术，因此多自由度太阳电池阵模态特性数据确定方法具有重要的现实和工程意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种多自由度太阳电池阵模态特性数据确定方法，基于展开零位太阳电池阵结构、机构方案、质量特性，建立零位状态太阳电池阵的有限元模型，边界条件为根部固支；将零位状态太阳电池阵的有限元模型的所有节点通过分成两组，以A、B轴交点为分界点，包括固定部分节点组和转动部分节点组；将绕A轴转角范围按照分别M个参数，将绕B轴转角范围按照分别N个参数；将转动部分节点组进行坐标变换，共得到M×N种状态下的太阳电池阵有限元模型；通过有限元方法获取太阳电池阵所有有限元节点的质量矩阵；针对M×N组状态下太阳电池阵有限元模型，分别采用商用软件MSC.Nastran SOL103对进行模态分析，提取模态频率、模态振型、坐标矩阵、对质心的惯性惯量矩阵；求取转动耦合系数，采用惯量完备性原则验证模态截断的合理性。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种多自由度太阳电池阵模态特性数据确定方法，包括如下步骤：

S1、基于展开零位太阳电池阵结构、机构、质量特性，建立零位状态太阳电池阵的有限元模型，边界条件为根部固支；

S2、将太阳电池阵展向作为A轴，B轴与A轴垂直且位于太阳电池阵所在平面；以A轴和B轴的交点为分界点，将零位状态太阳电池阵的有限元模型的所有节点分为固定部分节点组和转动部分节点组；

S3、绕A轴按转角间隔▽a分为M个参数，绕B轴按转角间隔▽b分为M个参数；

S4、将S2中的转动部分节点组进行坐标变换，得到M×N种状态下的太阳电池阵有限元模型；

S5、利用有限元方法获取太阳电池阵所有节点的质量矩阵；

S6、对M×N种状态下的太阳电池阵有限元模型进行模态分析，获得模态频率、模态振型、坐标矩阵、对质心的惯性惯量矩阵；

S7、计算转动耦合系数，然后对转动耦合系数进行合理性验证。

上述多自由度太阳电池阵模态特性数据确定方法，优选的，S4中，将S2中的转动部分节点组的坐标从根部坐标系变换到A轴和B轴交点坐标系下。

上述多自由度太阳电池阵模态特性数据确定方法，优选的，S7中，对转动耦合系数进行合理性验证的方法为：选取太阳电池阵模型的前P阶模态进行验证，三向趋近率均超过预设值，则判定合理。