1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长光卫星技术有限公司, 长春 130102
为了提高飞轮与整星耦合特性影响成像像移理论预估的精度，提出了一种星上飞轮安装刚度和阻尼参数的数值补偿算法.首先，建立补偿算法数学模型，基于飞轮径向摇摆模态以及线性整星微振动传递函数模型，通过联合飞轮在专用测量平台上的扰振实测数据以及星上安装后所致成像像移实测数据构建优化函数，实现对星上飞轮安装刚度以及阻尼参数的补偿.其次，采用该算法对某型号卫星上的飞轮安装刚度以及阻尼进行了补偿和估计，最后对参数补偿前后的飞轮扰振所致像移分别进行理论预估与对比.对比结果表明：参数补偿后的预估像移数据较补偿前预估像移数据更接近实测像移数据且径向摇摆模态固有频率曲线更加明显，证明此参数补偿算法可行.本研究显著降低了整星微振动分析过程中飞轮在星上安装刚度与测试平台安装刚度不一致所带来的分析误差，为飞轮与整星耦合特性安装等效参数求解提供了一种思路.
飞轮 微振动 补偿算法 安装刚度和阻尼 像移 Flywheel Micro-vibration Compensation algorithm Stiffness and damping of installation Image motion
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长光卫星技术有限公司, 吉林 长春 130033
为了降低光学小卫星相机次镜上的随机响应, 提出了一种蜂窝夹层板结构的优化设计方法, 对小卫星光学载荷的蜂窝安装板进行结构参数的优化设计。首先, 以整星一阶频率不低于40 Hz为优化目标, 对蜂窝芯子密度进行优化, 根据三明治夹心理论, 推导计算了蜂窝芯子等效力学参数。然后, 以次镜的随机响应为优化目标, 对蜂窝夹层板的碳纤维面板进行铺层优化设计, 得到最优铺层顺序为[0/45/90/-45]S, 总厚度为0.8 mm。根据以上计算得出蜂窝芯子及碳纤面板等效参数, 对整星进行分析。最后, 开展了整星振动试验, 测量了整星模态和响应, 对试验数据进行采集。结果表明: 整星模态为42.2 Hz, 次镜最大随机响应为11.1g, 均在合理范围之内, 满足了组件力学要求。
光学载荷 蜂窝夹层板 三明治夹心理论 碳纤维面板 铺层优化 随机响应 optical payload honeycomb sandwich plate sandwich theory carbon fiber panel optimum design of laminate random response 红外与激光工程
2017, 46(12): 1218004
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100039
3 长光卫星技术有限公司，吉林 长春 130033
为了研究高分辨率光学卫星星上飞轮的微振动对卫星成像质量的影响，分别建立了飞轮扰动模型和整星结构动力学模型。 首先，对飞轮组件系统进行了地面扰动测试，对实测扰动数据的分析表明，飞轮组件在与转速相关的一阶频率50 Hz处产生一次谐波，在190 Hz与280 Hz左右存在与转速无关的一系列峰值。然后，对整星进行了单位正弦激励，获得了光轴角位移响应，并对其与飞轮实测扰动数据进行了集成分析。分析结果表明: 整星在50~80 Hz和230~280 Hz的角位移响应有较多的谐振响应频率成分，沿光轴方向和垂直光轴方向整星光轴的角位移最大谐振响应幅值分别为2.718″、2.739″，在245 Hz左右存在较多幅值为0.5″量级的谐波。分析显示飞轮组件微振动对高分辨率光学卫星成像质量影响较大，得到的结果可为整星系统的优化设计和隔振补偿措施提供参考依据。
高分辨率光学卫星 飞轮 微振动 光轴 角位移 像质 high resolution optical satellite flywheel micro-vibration micro-vibration optical axis angular displacement image quality 光学 精密工程
2016, 24(10): 2515
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对基于星载一体化理念设计的某微小卫星星载天线与S飞轮支撑结构随机振动响应不满足总体设计指标的问题, 将星载天线与飞轮进行共支撑结构设计, 提出以随机振动加速度响应为目标的优化设计方法。以支撑结构敏感点随机响应RMS值为优化目标, 体积分数和基频为约束条件, 建立数学模型, 对结构进行优化设计; 对优化后的支撑结构工程分析, 基频达到200 Hz以上, 质量由1.9 kg减少到0.65 kg, 降低65.6%; 开展了力学环境试验对支撑结构性能进行验证, 支撑结构基频210 Hz, 加速度响应RMS值最大相对放大率为0.54, 满足总体基频大于185 Hz和相对放大率小于等于0.6的要求。结果表明, 该优化方法有效可行, 支撑结构动力学参数较好地满足了微小卫星总体设计要求。
星载一体化 微小卫星 支撑结构 优化设计 加速度响应 随机振动 satellite borne integration micro-satellite supporting structure optimal design acceleration response random vibration 红外与激光工程
2016, 45(10): 1018008
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
3 长光卫星技术有限公司, 吉林 长春 130033
根据高分辨率空间相机性能要求, 设计了一种倒圆角直梁复合组成的双脚架柔性减振支撑结构。首先, 根据某卫星结构要求初步设计了相机底部支撑结构, 建立了以随机响应为目标的优化设计模型。利用尺寸优化设计了双脚架结构支腿的柔性环节, 得到柔性环节最小厚度为2.5 mm。然后, 对相机底部支撑结构进行了工程分析。分析结果表明, 设计的支撑结构组件重量1.26 kg, 基频达到1 624 Hz。最后, 对空间相机底部支撑结构组件进行了随机振动试验, 试验结果显示: 与相机结构连接处的最大响应RMS值为21.4 grms, 随机响应最大相对放大率为0.93, 满足空间相机支撑结构的减振要求。得到的结果验证了设计和分析的可靠性, 对同类卫星相机底部支撑结构的设计具有一定的指导意义。
空间相机 支撑结构 柔性减振 随机振动 加速度响应 优化设计 space camera support structure flexible and damping random vibration acceleration response optimization design
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学 北京 100039
3 长光卫星技术有限公司，吉林 长春 130033
针对卫星结构中星敏感器支架在随机激励下加速度响应均方根(RMS)值过大的问题，提出了星敏感器支架优化设计方法。简述了星敏感器安装点随机响应的基本理论，对卫星结构进行了模态和加速度响应灵敏度分析。以星敏感器安装点RMS值最小为目标，以基频和体积分数为约束，建立了星敏感器支架随机响应优化模型，并对支架进行了拓扑优化设计。最后，利用MSC.PATRAN&NASTRAN对优化处理后的支架模型进行了工程分析。结果显示: 星敏感器安装点随机响应RMS值降低了20%以上，支架结构轻量化率达到了50%。另外，利用振动试验台对支架进行了振动试验。实验显示: 有限元分析结果与试验数据相对误差低于15%，表明设计的支架的性能参数满足设计指标，验证了所采用优化方法的可行性。
微小卫星 星敏感器 支架 随机响应 有限元 拓扑优化 micro-satellite star sensor bracket random response finite element topology optimization
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
以结构参数的最优匹配为设计目标, 提出了一种改善光学卫星振动环境的新思路。针对某光学卫星振动试验中出现的蜂窝顶板随机振动响应过大的问题, 研究了加强肋在降低简支蜂窝板随机振动响应中的作用。分析了该光学卫星蜂窝板结构的特点, 探讨了它的随机载荷以及在其激励下蜂窝板式结构的动力学响应。结合卫星自身结构上的需要, 提出了一种通过添加特定截面H型加强肋的方法来降低蜂窝板的响应。利用有限元法对外形尺寸为1 000 mm×1 000 mm×30 mm的蜂窝板模型进行随机振动分析验证, 结果显示: H型加强肋能显著降低蜂窝板的振动响应, 有明显减振效果。最后, 根据整星振动试验结果对卫星力学模型进行了修正, 并利用该方法对修正后的模型进行动力学分析和优化, 分析结果表明顶板响应降幅达到了40%, 为系统可接受范围, 证明了提出的方法很好地抑制了结构的随机振动响应。
光学卫星 蜂窝板 随机振动 振动试验 H型加强肋 optical satellite honeycomb panel random vibration vibration test H enforced rib
