新型太陽(yáng)帆結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)有限元仿真分析.pdf

1、太陽(yáng)帆航天器是通過(guò)太陽(yáng)光壓來(lái)實(shí)現(xiàn)推進(jìn)太空航行的新型航天器。在太陽(yáng)系內(nèi)，太陽(yáng)光可以為太陽(yáng)帆提供源源不斷的動(dòng)力;在太陽(yáng)系外其它恒星的光也能推動(dòng)其前進(jìn)，因此太陽(yáng)帆的飛行動(dòng)力幾乎是不枯竭的。在不斷的推力作用下，太陽(yáng)帆可以一直加速，并且理論上速度最大可以達(dá)到6000km/s，飛出太陽(yáng)系進(jìn)行深空探測(cè)是它的最終目的。
　　 為使太陽(yáng)帆攔截更多的光子并得到更大的加速度，太陽(yáng)帆航天器的關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)輕、薄和大。若要把質(zhì)量為0.5噸的航天器在一年內(nèi)送

2、到火星，那么太陽(yáng)帆直徑需要達(dá)到300m。對(duì)于這樣超大超輕超薄的航天器，極易在微小激勵(lì)作用下發(fā)生震動(dòng)，而航天史上曾有多次因航天器大型的帆板或是天線因震動(dòng)而導(dǎo)致太空任務(wù)失敗的案列。因此，對(duì)太陽(yáng)帆這樣大型的薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)室來(lái)對(duì)其結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性進(jìn)行了解和抑制是非常必要的。但現(xiàn)在還沒(méi)有這樣大的實(shí)驗(yàn)室能模擬真實(shí)太空環(huán)境并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此，仿真分析就成為太陽(yáng)帆航天器動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)的主要工具。
　　 本文采用ANSYS有限元軟件對(duì)中國(guó)科學(xué)

3、技術(shù)大學(xué)太陽(yáng)帆小組設(shè)計(jì)的太陽(yáng)帆進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，主要分為多階梯變截面支撐桿、無(wú)光壓太陽(yáng)帆和垂直光壓的太陽(yáng)帆的動(dòng)力學(xué)分析，每一個(gè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)都包括模態(tài)分析，諧響應(yīng)分析和瞬態(tài)分析三個(gè)小部分。
　　 本文首先就該太陽(yáng)帆航天器的細(xì)長(zhǎng)變截面支撐桿進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，在得到其固有頻率和振型以外，還模擬了支撐桿在展開(kāi)鎖緊過(guò)程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以及在隨時(shí)間變化的外力激勵(lì)下的振動(dòng)衰減情況。
　　 然后文章就太陽(yáng)帆在平行于光壓和垂直于光壓兩種姿態(tài)下的