太空飛行器大型柔性太陽電池翼的不確定性問題研究

《太空飛行器大型柔性太陽電池翼的不確定性問題研究》是依託復旦大學，由張美艷擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：太空飛行器大型柔性太陽電池翼的不確定性問題研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張美艷

項目摘要

不確定性問題是動力學與控制學科未來十年將重點研究的關鍵問題。太空飛行器大型柔性太陽電池翼的動力學分析方法研究，是我國發展載人航天、空間站建設中需要探索的科學問題和亟待突破的關鍵技術之一。以航天飛行器太陽電池翼為背景的不確定性問題非常值得關注。.本項目以具有不確定性參數的大型結構為主要研究對象，以太空飛行器大型柔性太陽電池翼為套用背景，從自由界面子結構模態綜合的模型縮聚方法出發，進一步利用子結構可測模態信息和貝葉斯理論進行模型修正，提高整體結構模型縮聚方法精度，發展一種兼具效率與精度的不確定系統結構動力學建模與回響分析方法。將統計最佳化算法結合貝葉斯理論，分析太空飛行器太陽電池翼關於不確定性參數的動力學回響分布，監測太陽翼在軌工作狀態下的健康程度。本項目的研究成果將豐富動力學與控制領域的研究內容和研究方法，將為具有不確定性參數的大型複雜結構的最佳化設計、提高結構可靠性、及提供不確定性參數的魯棒性奠定理論基礎

結題摘要

本項目以具有不確定性參數的大型結構為主要研究對象，以太空飛行器大型柔性太陽電池翼為套用背景，增加了航空發動機葉盤結構為大型複雜結構的套用背景之一。空間站柔性太陽電池翼機構環節多，展開長度長，具有低頻、頻率密集、靜態變形大等特點。以我國空間站柔性太陽電池翼為對象，建立電池翼有限元模型，通過在張緊機構上施加溫度應力實現柔性陣面張緊力模擬，採用線性初值加非線性疊代修正兩步法獲取滿足張力設計要求的溫度變化。同時基於非線性靜力分析獲取的柔性陣面張緊狀態剛度矩陣，開展柔性電池翼模態分析，並給出張緊力及伸展機構屈曲載荷與整翼基頻的關係。航空發動機是飛行器動力系統的核心部件，至關飛行器的安全穩定運行。從力學與結構動力學的角度，航空發動機內部轉子系統在運行過程中受到各類載荷的作用，隨之產生振動與噪音，對系統的強度和穩定性提出了嚴苛的要求，在設計研發階段，必須對該系統的動力學特徵開展詳盡的實驗分析和數值仿真分析，以確保產品的可靠性和穩健性。轉子系統包含多級葉盤結構，每級葉盤結構的輪盤和葉片都具有複雜幾何構型。在設計階段需要精確地研究葉盤結構的動力學特徵，可以通過建立細緻的葉盤結構有限元模型來獲得相關特性，這使得單個葉盤結構模型具有較大的自由度數目。圍繞提高葉盤結構動力學分析效率這一目標，開展了詳實的建模方法研究，並對建模方法在若干振動問題中的套用展開了的討論。提出了葉盤結構的變維度有限元模型建模方法，並對其套用場景進行詳細的討論與分析，論證了該建模方法分析結果的準確性和有效性，以及在分析效率上的優勢。該方法是提高關於葉盤結構的各類動力學問題分析效率的一個可靠手段，可以服務於最佳化設計等需要對結構開展多次重複更新和計算的問題。本項目的研究成果豐富了動力學與控制領域的研究內容和研究方法，為具有不確定性參數的大型複雜結構的最佳化設計、提高結構可靠性、及提供不確定性參數的魯棒性奠定了理論基礎。