2、卫星太阳能阵列与反射器天线的机电耦合分析及优化

卫星太阳能阵列与反射器天线的机电耦合分析及优化

1. 卫星简化模型

为了聚焦太阳能阵列的振动分析，对卫星模型进行了简化，仅保留对动态性能影响较大的主要部分，如卫星本体、可展开天线和太阳能阵列，忽略了一些体积较小的部件，如测控天线、传感器等。卫星简化模型及俯视图分别如图1和图2所示。
由于主要关注太阳能阵列的振动情况，将卫星视为刚体，太阳能阵列视为柔性体。使用实体单元对周围的两个天线和卫星本体进行建模，并采用MPC单元连接这三个部分。

1.1 太阳能阵列有限元模型

太阳能阵列展开后，卫星一侧太阳能阵列之间的一些关节处于锁定状态，因此一侧的太阳能阵列可等效为一个块状结构。一侧太阳能阵列的有限元模型及其尺寸如图3所示。太阳能阵列是各向异性的复合材料，将其定义为由蜂窝芯和若干碳纤维层组成的复合材料壳单元。连接太阳能阵列和卫星本体的摇臂因承受弯矩，被定义为梁单元。通过MPC单元连接摇臂和卫星本体，以消除不同单元之间自由度的耦合问题。

1.2 卫星振动频率和模态

在自由边界条件下对卫星进行模态分析，计算前十个模态。过滤掉刚体位移模态和局部模态后，选取仅将太阳能阵列视为柔性体时卫星的前四个模态（即卫星的第七到第十个模态），具体频率和振型如表1所示。在这四个模态中，卫星本体和天线均为刚体，仅存在太阳能阵列的振动模态。
| 编号 | 频率（Hz） | 振型 |
| ---- | ---- | ---- |
| 1 | 0.19 | - |
| 2 | 0.31 | - |
| 3 | 0.42 | - |
| 4 | 0.81 | - |

1.3 卫星刚柔耦合