一种动量轮与航天器结构的耦合动响应获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种动量轮与航天器结构的耦合动响应获取方法，可用于评估动量轮 工作时对航天器关键位置造成的扰动响应。
【背景技术】
[0002] 航天器进行动态响应分析往往采用有限元方法进行动力学建模，这种动力学模型 只能在低频范围保持较高精度，由于动量轮扰动力分布频率较宽，这导致分析结果包含较 大误差；此外动量轮本身作为一个结构，安装到航天器上会导致动量轮及航天器舱板局部 模态的变化。如果忽视此点，分析结果不能准确反映结构对动量轮扰动力的放大作用；动量 轮扰动响应预示迫切需要一种能够准确把握动量轮结构的动力学特征，充分考虑动量轮与 航天器耦合作用的分析方法，提高航天器本体分析模型的精度。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种动量轮与航天器结 构的耦合动响应获取方法，通过引入动量轮的弹簧-质量抽象模型，结合试验测量获取的 传递矩阵，通过指定公式获得耦合系统的阻抗矩阵，准确反映了动量轮与航天器结构组成 系统对扰动力的放大作用，显著提高了动量轮扰动响应的计算精度。
[0004] 本发明的技术方案是：一种动量轮与航天器结构的耦合动响应获取方法，步骤如 下：
[0005] 1)利用频率响应测试数据获取航天器结构的传递矩阵Hp;
[0006] 2)对星上动量轮进行模态测试，建立动量轮弹簧质量块数学模型；
[0007] 3)计算航天器结构与动量轮结构的耦合传递特性矩阵Hs;
[0008] 4)计算获得动量轮与航天器结构的親合动响应。
[0009] 步骤1)所述航天器传递矩阵Hp表示为：
[0010]
【主权项】
1. 一种动量轮与航天器结构的耦合动响应获取方法，其特征在于步骤如下： 1) 利用频率响应测试数据获取航天器结构的传递矩阵Hp; 2) 对星上动量轮进行模态测试，建立动量轮弹簧质量块数学模型； 3) 计算航天器结构与动量轮结构的耦合传递特性矩阵Hs; 4) 计算获得动量轮与航天器结构的親合动响应。
2. 根据权利要求1所述的一种动量轮与航天器结构的耦合动响应获取方法，其特征在 于：步骤1)所述航天器传递矩阵Hp表示为：
其中下标j代表航天器与动量轮连接处的界面坐标，i代表非界面坐标。
3. 根据权利要求1所述的一种动量轮与航天器结构的耦合动响应获取方法，其特征在 于：步骤2)动量轮的弹簧质量块数学模型如下：
其中，m代表动量轮转子质量；Irr代表动量轮转子相对质心的径向转动惯量； 左=代表模态测试确定的径向平动模态角频率；L，其中ωaz代表模态测 试确定的轴向平动模态角频率；= ^li,，其中《swing代表模态测试确定的摇摆模态 角频率；c代表模态测试确定的径向平动阻尼；Caz代表模态测试确定的轴向平动模态阻尼； Cd2代表模态测试确定的摇摆模态阻尼。
4. 根据权利要求2所述的一种动量轮与航天器结构的耦合动响应获取方法，其特征在 于：步骤3)航天器结构与动量轮结构的耦合传递特性矩阵扎为： Hs (ω) = Z-1 (ω)； 其中
下标j代表连接处的界面坐标，i代表非界面坐标，P 代表航天器，f代表动量轮；Z,f，Zf，Zf由传递矩阵民计算获得：
Zj，满足如下关系：
5. 根据权利要求1所述的一种动量轮与航天器结构的耦合动响应获取方法，其特征在 于：步骤4)中耦合动响应的计算结果为：
其中，
> 为时域响应
为动量轮激励力，η为矩阵Hs(U)的维数。
【专利摘要】本发明一种动量轮与航天器结构的耦合动响应获取方法。首先测量航天器结构的传递矩阵，然后利用本文给出的弹簧-质量块模型对动量轮进行建模，获得动量轮的传递矩阵，再根据位移协调方程及力协调方程，计算得到系统耦合分析矩阵，最后通过傅立叶逆变换得到系统的时域脉冲响应函数，利用杜哈梅积分公式得到系统时域响应。该方法所利用的航天器结构传递矩阵通过试验测量所得，精度高于传统有限元建模得到的传递矩阵；该方法利用弹簧-质量块对动量轮的结构动力学特性进行刻画，计算简便、模型易于利用试验数据修正；该方法获得的系统传递矩阵准确反映了动量轮安装于航天器结构上之后，自身模态特性的变化及对其对航天器局部结构的影响。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104732071
【申请号】CN201510094599
【发明人】王泽宇, 邹元杰, 张志娟, 刘绍奎, 朱卫红, 高强
【申请人】北京空间飞行器总体设计部
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月3日