[发明专利]姿控动力系统空间飞行力学环境预示方法

说明书

本发明公开了一种姿控动力系统空间飞行力学环境预示方法，首先采用精细化网格建模方法，对姿控动力系统进行有限元建模，采用质点法对系统中的单机进行建模，运用刚性和柔性相结合的连接方式对姿控动力系统进行耦合连接，形成专用的工程建模方法，完成姿控动力系统整机非线性建模。同时加载力学环境振动条件，得到准确姿控动力系统力学环境响应，消除航天产品带来的上天隐患。采用Matlab程序读取关键点的加速度响应，得到姿控动力系统力学环境预示关键点准确数据，缩短了数据提取时间，提高了数据处理的效率，保证了型号研制进度。

技术领域

本发明涉及科学卫星探测技术领域，具体涉及一种姿控动力系统空间飞行力学环境预示方法。

背景技术

在姿控动力系统的飞行过程中，经历了不同工况的飞行阶段，不同的飞行阶段所受的力学环境不同，姿控动力系统真实力学环境预示的不准确，必将导致姿控动力系统空间飞行力学环境条件以及地面试验条件制定的不合理，常引起承力或链接结构发生破坏。主要原因是结构的固有频率与瞬态振动激励发生耦合，动力响应放大引起破坏。造成不合理的设计或不合格的产品带着隐患上天，因此准确的空间飞行力学环境预示对姿控动力系统的安全性和可靠性具有重要意义。

姿控动力系统空间飞行力学环境条件是姿控动力系统及其部组件设计和地面试验验证的重要依据，在载荷场的激励下，材料可能产生微裂纹，并随时间不断扩展，损伤连续累积，最后导致材料强度降低、疲劳断裂或寿命下降，结构局部或整体破坏。准确的空间飞行环境预示直接影响着姿控动力系统的总体设计水平，姿控动力系统结构设计和地面考核不足，可能导致结构破坏或电子器件的失效，空间飞行力学环境预示常容易暴露航天产品的设计缺陷以及存在的固有缺陷，提早暴露了产品缺陷，对姿控动力系统结构进行优化，提高设计的可靠性。

现有的技术方案,CN103678822A公开了一种月球探测器软着陆冲击力学环境预示方法，公开了一种通过建立探测器月面软着陆的非线性有限元模型，利用广义动力缩聚方法对探测器进行模型降阶，然后对降阶模型进行非线性有限元求解，得到探测器结构的动力学响应,CN105243246A,公开了一种基于返回器组件的着陆力学环境分析方法，具体同公开了一种通过对返回器软着陆的非线性有限元模型求解，采用递归数字滤波方法计算结构加速度响应的冲击谱，用于描述返回器着陆冲击的力学环境。

上述公开的两项专利能够进行力学环境进行预测，但是不能对模型进行精细化建模，力学环境预示结果不够准确，同时只是通过分析软件本身查看分析结果，操作步骤较多，降低了分析效率。

发明内容

为了解决不能准确反应姿控动力系统在载荷场的作用下加速度响应问题，提出一种姿控动力系统空间飞行力学环境预示方法，能够快速地得到关键点准确数据。

本发明所采用的技术方案是姿控动力系统空间飞行力学环境预示方法，具体包括如下步骤：

步骤1：简化姿控动力系统几何模型，抽取姿控动力系统实体模型中性面，建立壳单元模型组件，建立N个属性组，N大于1，赋予不同的壳单元模型属性；

步骤2：网格质量检查，优化不符合要求的网格；

步骤3：单机质点建模，在贮箱、气瓶及发动机单机安装位置建立局部坐标系，在局部坐标系中输入各单机质心位置，输入各单机的质量及质心相对坐标系的转动惯量；

步骤4：采用刚性和柔性相结合的连接方式对姿控动力系统进行耦合连接；

步骤5：对姿控动力系统分析模型进行空间飞行力学环境激励，分析姿控动力系统的共振频率；

步骤6：建立空间飞行力学环境载荷场，在姿控动力系统整机模型上施加边界条件和力学环境载荷，创建分析工况，设置积分步长和输出结果，设置不同空间飞行力学环境仿真工况；

步骤7：将步骤6得到的分析文件提交给有限元软件MSC.Nastran进行求解，查看姿控动力系统在不同工况下加速度响应及最大加速度位置节点编号；