本發(fā)明涉及航天器設(shè)計(jì)與測(cè)試方法，具體的涉及一種全尺寸航天器結(jié)構(gòu)在軌熱變形預(yù)示方法。

背景技術(shù)：

隨著高分辨率載荷的應(yīng)用需求不斷擴(kuò)大，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)精度和尺寸穩(wěn)定性也面臨越來(lái)越高的要求，因此需要對(duì)衛(wèi)星在軌熱環(huán)境下的結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行預(yù)測(cè)并根據(jù)實(shí)際使用情況對(duì)其進(jìn)行控制，以保證衛(wèi)星高精度載荷在軌圓滿完成任務(wù)。本發(fā)明通過(guò)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)在軌變形預(yù)示、測(cè)量與控制技術(shù)的研究，對(duì)衛(wèi)星在軌變形進(jìn)行細(xì)致評(píng)估和控制，保證高分辨率載荷的在軌性能，為發(fā)展后續(xù)高分辨率衛(wèi)星提供技術(shù)保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種全尺寸航天器結(jié)構(gòu)在軌熱變形預(yù)示方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種全尺寸航天器結(jié)構(gòu)在軌熱變形預(yù)示方法，包括如下步驟：

步驟一：應(yīng)用有限元軟件建立全尺寸航天器仿真計(jì)算模型；

步驟二：對(duì)模型依次按區(qū)域賦予溫度載荷，對(duì)航天器熱變形靈敏度進(jìn)行分析，通過(guò)航天器不同部位的迭代計(jì)算，尋找到對(duì)熱變形指標(biāo)的最大影響因素；

步驟三：根據(jù)靈敏度分析結(jié)果，完成地面測(cè)試工況的設(shè)置，重點(diǎn)區(qū)域的溫度工況可進(jìn)行階梯式細(xì)化；

步驟四：按照指定的工況條件設(shè)計(jì)地面試驗(yàn)，完成地面熱變形測(cè)試，獲取全尺寸航天器的地面狀態(tài)的熱變形數(shù)據(jù)；

步驟五：將地面測(cè)試數(shù)據(jù)作為輸入條件帶入全尺寸航天器仿真模型，修正材料參數(shù)、連接剛度等環(huán)節(jié)，使模型仿真結(jié)果與測(cè)試數(shù)據(jù)保持良好吻合性；

步驟六：將修正好的計(jì)算模型帶入在軌溫度載荷；

步驟七：得到全尺寸航天器結(jié)構(gòu)在軌熱變形預(yù)示數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述的航天器結(jié)構(gòu)熱變形靈敏度分析，即逐一對(duì)全尺寸航天器仿真模型區(qū)域性賦予溫度載荷，并對(duì)比相應(yīng)熱變形仿真結(jié)果，尋找對(duì)全尺寸航天器熱變形有較大影響的部位及影響權(quán)重。

優(yōu)選地，所述的地面測(cè)試工況設(shè)置，即在靈敏度分析基礎(chǔ)上，對(duì)權(quán)重部位進(jìn)行溫度工況加載設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括溫度載荷、升溫速率、多部位載荷疊加設(shè)置等內(nèi)容。

優(yōu)選地，所述的獲取全尺寸航天器的地面測(cè)試狀態(tài)熱變形數(shù)據(jù)，即根據(jù)工況要求完成航天器熱變形測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括天線陣面位移、天線陣面平面度變化及天線全陣面指向角度。

優(yōu)選地，所述的獲取全尺寸航天器的地面測(cè)試狀態(tài)熱變形數(shù)據(jù)，即依靠高精度光學(xué)攝影測(cè)量系統(tǒng)獲取天線陣面位移和平面度，依靠高精度光學(xué)攝影測(cè)量系統(tǒng)與經(jīng)緯儀系統(tǒng)聯(lián)合獲取天線全陣面指向角度數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述的基于地面測(cè)試結(jié)果的全尺寸航天器模型修正，即以天線陣面位移為修正依據(jù)、參考天線全陣面指向角度變化數(shù)值，對(duì)航天器材料參數(shù)、天線連接剛度等進(jìn)行參數(shù)修正。

優(yōu)選地，所述的基于在軌溫度場(chǎng)的全尺寸航天器模型完善，即將修正好的地面測(cè)試狀態(tài)航天器仿真模型的溫度工況替換為在軌溫度載荷。

優(yōu)選地，所述的在軌熱變形預(yù)示，即將完成在軌溫度載荷替換的航天器仿真模型進(jìn)行自由邊界條件下的計(jì)算，提取運(yùn)算結(jié)果，得到預(yù)示結(jié)果。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)勢(shì)：首次通過(guò)熱變形靈敏度分析，以獲取的地面試驗(yàn)數(shù)據(jù)為修正依據(jù)，將多工況試驗(yàn)結(jié)果并行反饋到仿真模型，并給出最終在軌溫差及自由邊界條件下真實(shí)在軌熱變形的預(yù)示結(jié)果；在地面試驗(yàn)中首次使用高精度光學(xué)攝影測(cè)量系統(tǒng)獲取星載天線陣面位移和平面度，首次利用高精度光學(xué)攝影測(cè)量系統(tǒng)與經(jīng)緯儀系統(tǒng)聯(lián)合獲取天線全陣面指向角度數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的全尺寸航天器結(jié)構(gòu)在軌熱變形預(yù)示方法流程圖；

圖2為本發(fā)明航天器結(jié)構(gòu)熱變形靈敏度分析流程圖；

圖3為本發(fā)明航天器結(jié)構(gòu)熱變形試驗(yàn)工況設(shè)置圖；

圖4為本發(fā)明航天器結(jié)構(gòu)熱變形地面測(cè)試原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1為本發(fā)明所提供的一種全尺寸航天器結(jié)構(gòu)在軌熱變形預(yù)示方法的具體步驟。

圖2所示，航天器結(jié)構(gòu)熱變形靈敏度分析，即分別對(duì)全尺寸航天器各主要結(jié)構(gòu)部件包括平臺(tái)隔板、平臺(tái)側(cè)板、載荷艙隔板、載荷艙側(cè)板、天線支撐桁架、天線框架、天線本體及星敏支架等結(jié)構(gòu)賦予一定溫度載荷，對(duì)比天線安裝位置處熱變形結(jié)果，依次篩選出對(duì)全尺寸航天器熱變形有較大影響的部位如平臺(tái)側(cè)板、載荷艙側(cè)板和天線框架等三類(lèi)部件，并通過(guò)得到各部件對(duì)熱變形指標(biāo)的影響權(quán)重。

圖3所示，地面測(cè)試工況設(shè)置，即在靈敏度分析基礎(chǔ)上，對(duì)多部位進(jìn)行溫度工況加載，主要包括溫度載荷階梯加載、多部位溫度載荷疊加設(shè)置等內(nèi)容，獲取多位置多溫度載荷下的變形數(shù)據(jù)，測(cè)試內(nèi)容包括天線陣面位移、天線陣面平面度變化及天線全陣面指向角度。上述數(shù)據(jù)均作為下一階段修正模型的參考，便于提高后續(xù)整星熱變形預(yù)示模型的準(zhǔn)確性。

圖4所示，高精度平面度及指向測(cè)量系統(tǒng)設(shè)置，測(cè)量系統(tǒng)可以是由單相機(jī)或雙相機(jī)和數(shù)臺(tái)經(jīng)緯儀聯(lián)機(jī)組成，使用該系統(tǒng)的測(cè)量精度在2.5m天線陣面范圍內(nèi)測(cè)量平面度精度優(yōu)于0.03mm，測(cè)量棱鏡指向精度優(yōu)于10”。依靠光學(xué)攝影測(cè)量獲取各試驗(yàn)工況下的天線陣面變形位移和變形前后平面度；通過(guò)聯(lián)立高精度光學(xué)攝影測(cè)量系統(tǒng)的平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)與經(jīng)緯儀系統(tǒng)瞄測(cè)特定棱鏡數(shù)據(jù)，解算出陣面與基準(zhǔn)棱鏡的指向數(shù)據(jù)，從而獲取全尺寸航天器的地面熱變形測(cè)試的全狀態(tài)數(shù)據(jù)。

基于地面測(cè)試結(jié)果的全尺寸航天器模型修正，即以天線陣面位移為修正依據(jù)、參考天線全陣面指向角度變化數(shù)值，對(duì)航天器材料參數(shù)、天線連接剛度等進(jìn)行參數(shù)修正。

基于在軌溫度場(chǎng)的全尺寸航天器模型完善，即將修正好的地面測(cè)試狀態(tài)航天器仿真模型的溫度工況替換為在軌溫度載荷。

在軌熱變形預(yù)示，即將完成在軌溫度載荷替換的航天器仿真模型進(jìn)行自由邊界條件下的計(jì)算，提取運(yùn)算結(jié)果，得到預(yù)示結(jié)果。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。