一种针对保持力矩铰链展开冲击的铰链反力矩确定方法技术

一种针对保持力矩铰链展开冲击的铰链反力矩确定方法，包括：建立系统动力学方程；设置铰链H5和铰链H6的保持铰链标志当前值(HoldMarker_H5、HoldMarker_H6)和铰链H5和铰链H6保持铰链标志更新值(HoldMarker_H5_update、HoldMarker_H6_update)；更新系统广义坐标列阵q、广义坐标对时间一阶导数列阵并获得下一时刻的系统广义坐标q

【技术实现步骤摘要】
一种针对保持力矩铰链展开冲击的铰链反力矩确定方法


[0001]本专利技术属于卫星总体设计
，特别是一种针对保持力矩铰链展开冲击的铰链反力矩确定方法。

技术介绍

[0002]一些卫星天线例如构架式天线B7(如图1所示)被广泛用作移动通信卫星、雷达卫星和高轨导航卫星等航天器主载荷，具有展开速度快(展开时间约2s)，展开冲击力(峰值可达1000N以上)和冲击力矩均大(冲击力矩可达500Nm)等缺点。构架式天线B7展开冲击力或力矩极易造成星上铰链破坏，导致整星失效或效能下降。
[0003]现有技术大多集中于构架式天线B7在轨和地面展开自身结构安全设计方面，如一种构架式天线B7机电集成制作方法(CN106785470B)及构架反射器展开冲击特性分析(黄志荣，宋燕平，偏馈式构架反射器展开冲击特性分析)等方面。很少关注构架式天线B7集成到整星上后，对整星铰链和结构安全造成的影响。胡飞，宋燕平等指出，构架式天线B7展开冲击可能造成卫星结构和机构部件破坏或运动寿命缩短，进而导致卫星寿命缩短或终止。卫星铰链是星上最易受到展开冲击影响的部件，其破坏可直接导致卫星失效，例如卫星SADA破坏将直接导致卫星供电中断，使整星失效。
[0004]为了降低天线展开冲击对星上铰链破坏，期望天线展开冲击可以以较为有利的角度作用在星体上，需要利用伸展臂B5与竖板B6关节提供保持力矩。为了验证该角度正确性和保持力矩是否可以消耗展开冲击动能，多需要开展天线伸展臂B5联合试验。图2为伸展臂B5和天线反射器联合试验示意图。该方案容易导致伸展臂B5和竖板B6关节损伤，同时伸展臂B5和天线卸载不充分容易导致地面试验结果与在轨结果存在差异，给卫星在轨铰链安全造成影响。如果天线展开冲击力和力矩引起卫星铰链破坏，则可能需要修改铰链结构强度，导致多次试验，增加研制成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种针对保持力矩铰链展开冲击的铰链反力矩确定方法，本专利技术解决的技术问题是天线展开冲击引起的星上铰链结构安全评估和强度调整问题。本专利技术用于解决星载天线展开冲击对星上活动和结构部件安全影响评估和强度调整问题，以规避快速展开天线冲击对卫星安全损坏，确保卫星整星安全。
[0006]本专利技术的技术解决方案是：
[0007]一种针对保持力矩铰链展开冲击的铰链反力矩确定方法，包括：
[0008]通过六分力分量平台，获得构架式天线B7作用于六分力分量平台的展开冲击力和力矩时间历程数据
[0009]建立系统动力学方程；
[0010]对系统动力学方程进行积分处理，获得下一时刻对应的系统广义坐标和广义坐标对时间一阶导数，从而计算出所有铰链H1～H6的约束反力和约束反力矩；
[0011]根据铰链H5和铰链H6的保持铰链标志当前值(HoldMarker_H5、HoldMarker_H6)，并根据约束反力和约束反力矩，更新获得铰链H5和铰链H6保持铰链标志更新值(HoldMarker_H5_update、HoldMarker_H6_update)；
[0012]根据铰链H5和铰链H6的保持铰链标志当前值(HoldMarker_H5、HoldMarker_H6)，并根据铰链H5和铰链H6保持铰链标志更新值(HoldMarker_H5_update、HoldMarker_H6_update)，更新系统广义坐标列阵q、广义坐标对时间一阶导数列阵
[0013]根据更新后的系统广义坐标列阵q、广义坐标对时间一阶导数列阵并根据更新值(HoldMarker_H5_update、HoldMarker_H6_update)，确定系统动力学方程、整星运动学递推关系矩阵和加速度右端项，并获得下一时刻的系统广义坐标q
i
；
[0014]将每个铰链的约束反力与铰链结构强度进行比较，若不满足强度要求则判断该铰链因天线展开冲击而破坏，需要优化结构设计，反之，则判定铰链无需调整结构设计。
[0015]优选地：所述更新获得铰链H5和铰链H6保持铰链标志更新值(HoldMarker_H5_update、HoldMarker_H6_update)的方法，具体为：
[0016]步骤7.1如果当前值HoldMarker_H5为零，根据步骤5获得的约束反力，获得在转动方向上的约束反力矩；当铰链H5的转动方向约束反力矩小于其保持力矩时，将更新值HoldMarker_H5_update置为零，否则，将更新值HoldMarker_H5_update置为1；
[0017]如果当前HoldMarker_H5为1，当铰链H5的广义坐标对时间一阶导数的绝对值小于步骤二读入的铰链H5的运动
‑
停滞切换速度时，将HoldMarker_H5_update置为零，否则，将更新值HoldMarker_H5_update置为1；
[0018]如果当前HoldMarker_H6为零，当铰链H6的转动方向约束反力矩小于其保持力矩时，将更新值HoldMarker_H6_update置为零，否则将更新值HoldMarker_H6_update置为1；
[0019]如果当前HoldMarker_H6为1，当铰链H6的广义坐标对时间一阶导数的绝对值小于铰链H6的运动
‑
停滞切换速度时，将更新值HoldMarker_H6_update置为零，否则，将更新值HoldMarker_H6_update置为1。
[0020]优选地：所述初始状态铰链H5和铰链H6的保持铰链标志当前值(HoldMarker_H5、HoldMarker_H6)均为零。
[0021]优选地：所述更新系统广义坐标列阵q、广义坐标对时间一阶导数列阵的方法，具体为：
[0022]如果当前值HoldMarker_H5和更新值HoldMarker_H5_update均等于0时，
[0023][0024][0025]如果当前值HoldMarker_H5＝0，且更新值HoldMarker_H5_update＝1时，
[0026][0027][0028]如果当前值HoldMarker_H5＝1，且更新值HoldMarker_H5_update＝0时，
[0029][0030][0031]如果当前值HoldMarker_H5＝1，且更新值HoldMarker_H5_update＝1时，
[0032][0033][0034]如果当前值HoldMarker_H6和更新值HoldMarker_H6_update均等于0时，
[0035]q＝q
temp1
，
[0036]如果当前值HoldMarker_H6＝0，且更新值HoldMarker_H6_update＝1时，
[0037][0038][0039]如果当前值HoldMarker_H6＝1，且更新值HoldMarker_H6_update＝1时，
[0040][0041][004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对保持力矩铰链展开冲击的铰链反力矩确定方法，南太阳翼B2与星本体B1通过旋铰链H2连接，北太阳翼B3与星本体B1通过铰链H3连接，收拢状态天线B4与星本体B1通过铰链H4连接，伸展臂B5和星本体B1间通过铰链H5连接，伸展臂B5和竖板B6间通过铰链H6连接，构架式天线B7与竖板B6间通过铰链H7连接；铰链H5和铰链H6为保持力矩铰链，其特征在于，包括：通过六分力分量平台，获得构架式天线B7作用于六分力分量平台的展开冲击力和力矩时间历程数据建立系统动力学方程；对系统动力学方程进行积分处理，获得下一时刻对应的系统广义坐标和广义坐标对时间一阶导数，从而计算出所有铰链H1～H6的约束反力和约束反力矩；根据铰链H5和铰链H6的保持铰链标志当前值(HoldMarker_H5、HoldMarker_H6)，并根据约束反力和约束反力矩，更新获得铰链H5和铰链H6保持铰链标志更新值(HoldMarker_H5_update、HoldMarker_H6_update)；根据铰链H5和铰链H6的保持铰链标志当前值(HoldMarker_H5、HoldMarker_H6)，并根据铰链H5和铰链H6保持铰链标志更新值(HoldMarker_H5_update、HoldMarker_H6_update)，更新系统广义坐标列阵q、广义坐标对时间一阶导数列阵根据更新后的系统广义坐标列阵q、广义坐标对时间一阶导数列阵并根据更新值(HoldMarker_H5_update、HoldMarker_H6_update)，确定系统动力学方程、整星运动学递推关系矩阵和加速度右端项，并获得下一时刻的系统广义坐标q
i
；将每个铰链的约束反力与铰链结构强度进行比较，若不满足强度要求则判断该铰链因天线展开冲击而破坏，需要优化结构设计，反之，则判定铰链无需调整结构设计。2.根据权利要求1所述的一种针对保持力矩铰链展开冲击的铰链反力矩确定方法，其特征在于：所述更新获得铰链H5和铰链H6保持铰链标志更新值(HoldMarker_H5_update、HoldMarker_H6_update)的方法，具体为：步骤7.1如果当前值HoldMarker_H5为零，根据步骤5获得的约束反力，获得在转动方向上的约束反力矩；当铰链H5的转动方向约束反力矩小于其保持力矩时，将更新值HoldMarker_H5_update置为零，否则，将更新值HoldMarker_H5_update置为1；如果当前HoldMarker_H5为1，当铰链H5的广义坐标对时间一阶导数的绝对值小于步骤二读入的铰链H5的运动
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停滞切换速度时，将HoldMarker_H5_update置为零，否则，将更新值HoldMarker_H5_update置为1；如果当前HoldMarker_H6为零，当铰链H6的转动方向约束反力矩小于其保持力矩时，将更新值HoldMarker_H6_update置为零，否则将更新值HoldMarker_H6_update置为1；如果当前HoldMarker_H6为1，当铰链H6的广义坐标对时间一阶导数的绝对值小于铰链H6的运动
‑
停滞切换速度时，将更新值HoldMarker_H6_update置为零，否则，将更新值HoldMarker_H6_update置为1。3.根据权利要求2所述的一种针对保持力矩铰链展开冲击的铰链反力矩确定方法，其特征在于：所述初始状态铰链H5和铰链H6的保持铰链标志当前值(HoldMarker_H5、HoldMarker_H6)均为零。
4.根据权利要求1所述的一种针对保持力矩铰链展开冲击的铰链反力矩确定方法，其特征在于：所述更新系统广义坐标列阵q、广义坐标对时间一阶导数列阵的方法，具体为：如果当前值HoldMarker_H5和更新值HoldMarker_H5_update均等于0时，如果当前值HoldMarker_H5和更新值HoldMarker_H5_update均等于0时，如果当前值HoldMarker_H5＝0，且更新值HoldMarker_H5_update＝1时，如果当前值HoldMarker_H5＝0，且更新值HoldMarker_H5_update＝1时，如果当前值HoldMarker_H5＝1，且更新值HoldMarker_H5_update＝0时，如果当前值HoldMarker_H5＝1，且更新值HoldMarker_H5_update＝0时，如果当前值HoldMarker_H5＝1，且更新值HoldMarker_H5_update＝1时，如果当前值HoldMarker_H5＝1，且更新...

【专利技术属性】
技术研发人员：董富祥，李杨，周江，许宏岩，刘正山，尹家聪，姜春阳，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：