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一体化高分辨率光学卫星飞轮微振动机理与抑制方法
李林
Subtype博士
Thesis Advisor杨洪波 ; 王栋
2018
Degree Grantor中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
Place of Conferral中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
Degree Name博士
Keyword微振动 高分辨光学卫星 一体化 飞轮 集成分析
Abstract近十几年以来,航天对地观测技术的快速发展使得空间光学卫星从以往几十米的分辨率到如今能够获取亚米级的图像,系统指标也越来越高,与此同时,有效载荷对星载活动部件在轨正常工作所引入的微振动环境越来越敏感。飞轮作为现代高稳定度、高精度航天器常用的姿态控制执行部件,由于转子动静不平衡、轴承缺陷等因素的影响,飞轮在正常工作输出动量矩的同时会产生复杂的谐波扰动。星载飞轮微振动技术就成了高分辨率光学卫星研制需要突破的关键技术之一。本文从星载飞轮微振动源至光学有效载荷进行了理论分析、数值模拟和地面试验,深入系统地研究了星载飞轮扰动机理、飞轮扰动对高分辨光学卫星的影响以及飞轮微振动抑制问题,论文主要工作概括如下:根据飞轮结构特点将飞轮扰动分为主扰动和结构扰动:从转子不平衡、轴承扰动、转子碰磨、安装松动四个方面对飞轮主扰动进行分析,并分别建立了扰动模型。从轴承及其支撑部分和飞轮转子腹板两部分的动态特对飞轮结构扰动特性的影响展开了讨论。利用划分子结构分析方法,建立了飞轮转子-轴承-安装基础模型,研究了边界条件微小改变导致飞轮结构模态变化对飞轮组件弹性系统的响应特性。阐述了星载飞轮扰动对现代TDICCD相机以及卫星平台的影响,主要包括两个方面:直接引起像移变化和直接引起卫星平台抖动。从TDICCD相机成像原理、像移分类以及微振动引起像移变化机理三个方面对平台微振动对光学载荷成像像移影响进行了论述。根据Newtonian/Eulerian方程,建立了飞轮不平衡与卫星平台的耦合模型,把飞轮不平衡参数引入到耦合模型中,对系统进行了参数定义,推导了系统平动方程、转动方程和转子力矩方程,对模型进行了数值仿真分析,并对结果进行了深入讨论。基于奇石乐平台(Kistler Table)设计了微干扰力/力矩测量系统,主要包括气压控制、空气弹簧隔振系统、大理石平台和控制与数据采集机柜等。利用该测试系统在地面对飞轮进行了扰动测试,对实测扰动数据进行了频谱特性分析。建立了整星的结构动力响应模型,在飞轮安装位置施加单位正弦激励对整星进行频响分析,经MATLAB编程后将飞轮实测扰动数据与整星单位频响结果进行集成分析,获取了飞轮扰动对光学卫星有效载荷的影响。利用粘弹性材料的减振降噪机理,设计了粘弹性阻尼材料夹芯板飞轮支撑结构,对粘弹性阻尼层进行了参数优化。利用金属橡胶的优良性能设计了一体化飞轮扰动隔振器,采用划分子结构法推导了隔振器传递矩阵,探讨了一体化隔振器中子隔振单元的布置方式。利用微干扰力/力矩测量系统分别对普通铝合金飞轮支架和夹芯板支撑结构以及一体化飞轮隔振器进行了验证测试,结果表明夹芯板结构飞轮支架和一体化飞轮扰动隔振器具有优良的微振动抑制性能。提出了基于靶标成像的星载地面微振动试验方法,对地面试验悬吊系统进行了准零刚度设计,利用该系统在超净试验室中进行了系统级微振动成像试验,对成像数据处理后获取了微振动引起像移变化量,为后续研究提供了参考依据。
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61703
Collection中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
Recommended Citation
GB/T 7714
李林. 一体化高分辨率光学卫星飞轮微振动机理与抑制方法[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.
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