论文摘要：航天器太阳帆板刚柔耦合动力学建模

摘    要

航天器太阳帆板在轨执行任务时是先展开再锁紧，展开和锁紧过程会引起其柔性附件的振动，因此开展航天器太阳帆板展开和锁紧动力学的研究是非常有意义的。本文利用大型多体动力学软件ADAMS对太阳能帆板与航天器组成的多体系统进行了建模和仿真的研究工作。

首先，本文建立了系统的刚性模型和刚柔耦合模型，研究了两种模型中太阳能帆板展开锁紧运动状态的差异。通过对比发现，在展开阶段系统的运动状态差异不大，而在锁紧阶段，帆板运动状态差异明显。因此，刚柔耦合模型对系统的锁紧动力学的研究必不可少。而且，本文采用刚柔耦合模型还研究了锁紧后太阳能帆板的振动特征，并且发现：在系统体积一定的条件下，随着航天器质量与太阳能帆板质量比值的增加时，帆板的振动频率先增加后减小，当航天器质量和帆板质量比为1时，帆板的振动频率最大。

其次，本文设计了一种新型的锁紧机构，并且对比了新型锁紧机构和文献中典型锁紧机构对锁紧过程中系统所受冲击力矩的影响。通过对比两种锁紧机构下系统在锁紧时根部（摇臂架和中心刚体连接部分）受到的冲击力矩，发现采用新型锁紧机构来锁紧时，系统根部受到的冲击力矩更小。

最后，鉴于太阳能帆板系统的展开和锁紧过程的实验只能在地面完成，本文研究了为抵消重力而添加的绳索附件和地面空气阻力对系统展开和锁紧过程的影响。为此，本文建立了无重力和空气阻力的空间模型，以及包含附件和空气阻力的地面模型，利用两种模型的研究表明：在相同工况条件下，附件和空气阻力对系统从开始展开到锁紧完成的时间有明显影响，地面展开过程明显比空间实际展开过程要长。

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