2、卫星太阳能电池阵机电耦合分析与反射面天线多学科结构优化

卫星太阳能电池阵机电耦合分析与反射面天线多学科结构优化

1 卫星简化模型

为了聚焦太阳能电池阵的振动分析，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电池阵，而忽略体积较小的部分，如测控天线、传感器等。简化后的卫星模型如图 1 所示，卫星俯视图如图 2 所示。
由于只关注太阳能电池阵的振动情况，将卫星等效为刚体，太阳能电池阵等效为柔性体。周围的两个天线和卫星本体采用实体单元建模，使用 MPC 单元连接这三个部分。

1.1 太阳能电池阵有限元模型

太阳能电池阵展开后，卫星一侧太阳能电池阵之间的一些关节处于锁定状态，因此一侧的太阳能电池阵等效为一个块状结构。一侧太阳能电池阵的有限元模型及其尺寸如图 3 所示。太阳能电池阵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。连接太阳能电池阵和卫星本体的摇臂由于要承受弯矩，被定义为梁单元。摇臂和卫星本体通过 MPC 单元连接，以消除不同单元之间的自由度耦合问题。

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，选取仅将太阳能电池阵视为柔性体时卫星的前四个模态和振动（即卫星的第七到第十个模态）。如表 1 所示，在这四个模态中，卫星本体和天线均为刚体，仅存在太阳能电池阵的振动模态。
| 编号 | 频率（Hz） | 振动模态 |
| ---- | ---- | ---- |
| 1 | 0.19 | - |
| 2 | 0.31 | - |
| 3 | 0.42 | - |
| 4 | 0.81 |