李松岩
深圳市乾行达科技有限公司 广州深圳 518104
摘要：常见的太阳翼板主体由碳纤维网格面板和铝蜂窝芯胶结而成，结构较为复杂，通过理论公式很难获得其频率特性。因此本文介绍了基于有限元方式的太阳翼板振动频率的分析方法，并针对某太阳翼板进行案例分析，得到了其频率特性。
关键词：太阳翼板 振动频率 有限元
中图分类号： 文献标识码： 文章编号：
0.概述
太阳翼板是由驱动锁定机构与太阳电池板组成的一次能源阵列，在空间轨道上可将太阳能转换为电能，保证航天器在轨运行期间的能量供给。目前卫星平台上应用最广泛的是刚性基板太阳翼板，它分布于航天器沿轨道飞行方向的两侧，通过铰链或驱动机构与卫星侧板连接。在发射阶段，太阳翼板依靠压紧机构收拢折叠于航天器本体上，抵御发射过载、冲击和振动等恶劣力学环境。为使太阳翼板具备足够的刚度，在设计阶段需要对其振动频率进行分析，本文针对太阳翼板的振动频率分析方法进行阐述。
1.太阳翼板介绍
目前常见的太阳翼板主体由碳纤维网格面板和铝蜂窝芯胶结而成。其中碳纤维网格面板主要承受拉力和压力，铝蜂窝芯主要承受剪力。在太阳翼板设计过程中，影响强度和刚度的主要参数：（1）碳纤维材料类型、纤维条间距、纤维铺设方向、纤维网格面板厚度；（2）铝蜂窝芯高度、铝蜂窝芯厚度；（3）太阳翼板的长度和宽度。影响太阳翼板频率特性的参数有：（1）太阳翼板的强度和刚度；（2）太阳翼板的约束条件，主要是太阳翼板的压紧点。
2.太阳翼板频率分析方法
由于太阳翼板结构复杂，采用有限元分析的方法进行频率分析。在本文中采用Ansys软件进行有限元建模和计算。面板采用复合材料壳单元进行模拟，压紧点采用实体单元进行模拟。面板蒙皮实际采用碳纤维网格结构，而采用壳单元模型模拟的时候是假设整个面都是碳纤维。因此在仿真计算过程中，此点假设与实际不符。为了考虑实际碳纤维网格结构对基板基频的影响，在仿真时，将复合材料的力学参数进行等效。
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3.案例分析
以某卫星太阳翼板为分析对象，该太阳翼板由两块相同的碳纤维/蜂窝夹层板组成，通过铰链连接在一起。在发射阶段，通过压紧结构固定。太阳翼板尺寸为1500mm×700mm，面板采用0.5mm的碳纤维/环氧复合材料。夹层为铝蜂窝芯子，蜂窝芯子厚度22mm。按照上述的有限元分析方法，对面板进行简化，并根据实际材料参数进行等效。该太阳翼板前三阶振型如下：
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通过对振型的分析可见，基频为70.2Hz，第一阶模态在底板远端板边缘附近的振动幅值比较大，整个系统的模态数据满足要求。
4.结语
本文对太阳翼板的频率分析方法进行了介绍，并对某案例进行分析，得出该太阳翼板的基础频率为70.2Hz，为太阳翼板的设计提供了参考。
参考文献：
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