航天器大型柔性太阳电池翼的不确定性问题研究

In this project, we focus our study on large scale structures with uncertain parameters and primarily apply the technology in spacecraft large flexible solar cell wings dynamics analysis. Our research aims to develop an uncertain system structural dynamics modeling and response analysis method with both efficiency and accuracy. Starting from the model condensation method of free interface substructure modal synthesis, we perform model updating based on measured modal parameters of sub-structures and Bayesian theory to improve the accuracy of the overall structure’s model condensation methods. Utilizing statistical optimization algorithm and Bayesian theory, we will analyze spacecrafts' solar wings' dynamic response distribution with regard to uncertain parameters and monitor the health of the solar wing in orbit state. The outcome of this research will build the theoretical basis for design optimization, structure reliability improvement and uncertain parameters robustness ensurance for large scale complex structures with uncertain parameters, hence significantly enrich the research content and methodologies of the dynamics and control subject.

不确定性问题是动力学与控制学科未来十年将重点研究的关键问题。航天器大型柔性太阳电池翼的动力学分析方法研究，是我国发展载人航天、空间站建设中需要探索的科学问题和亟待突破的关键技术之一。以航天飞行器太阳电池翼为背景的不确定性问题非常值得关注。.本项目以具有不确定性参数的大型结构为主要研究对象，以航天器大型柔性太阳电池翼为应用背景，从自由界面子结构模态综合的模型缩聚方法出发，进一步利用子结构可测模态信息和贝叶斯理论进行模型修正，提高整体结构模型缩聚方法精度，发展一种兼具效率与精度的不确定系统结构动力学建模与响应分析方法。将统计优化算法结合贝叶斯理论，分析航天器太阳电池翼关于不确定性参数的动力学响应分布，监测太阳翼在轨工作状态下的健康程度。本项目的研究成果将丰富动力学与控制领域的研究内容和研究方法，将为具有不确定性参数的大型复杂结构的优化设计、提高结构可靠性、及提供不确定性参数的鲁棒性奠定理论基础

本项目以具有不确定性参数的大型结构为主要研究对象，以航天器大型柔性太阳电池翼为应用背景，增加了航空发动机叶盘结构为大型复杂结构的应用背景之一。.空间站柔性太阳电池翼机构环节多，展开长度长，具有低频、频率密集、静态变形大等特点。以我国空间站柔性太阳电池翼为对象，建立电池翼有限元模型，通过在张紧机构上施加温度应力实现柔性阵面张紧力模拟，采用线性初值加非线性迭代修正两步法获取满足张力设计要求的温度变化。同时基于非线性静力分析获取的柔性阵面张紧状态刚度矩阵，开展柔性电池翼模态分析，并给出张紧力及伸展机构屈曲载荷与整翼基频的关系。.航空发动机是飞行器动力系统的核心部件，至关飞行器的安全稳定运行。从力学与结构动力学的角度，航空发动机内部转子系统在运行过程中受到各类载荷的作用，随之产生振动与噪音，对系统的强度和稳定性提出了严苛的要求，在设计研发阶段，必须对该系统的动力学特征开展详尽的实验分析和数值仿真分析，以确保产品的可靠性和稳健性。转子系统包含多级叶盘结构，每级叶盘结构的轮盘和叶片都具有复杂几何构型。在设计阶段需要精确地研究叶盘结构的动力学特征，可以通过建立细致的叶盘结构有限元模型来获得相关特性，这使得单个叶盘结构模型具有较大的自由度数目。围绕提高叶盘结构动力学分析效率这一目标，开展了详实的建模方法研究，并对建模方法在若干振动问题中的应用展开了的讨论。提出了叶盘结构的变维度有限元模型建模方法，并对其应用场景进行详细的讨论与分析，论证了该建模方法分析结果的准确性和有效性，以及在分析效率上的优势。该方法是提高关于叶盘结构的各类动力学问题分析效率的一个可靠手段，可以服务于优化设计等需要对结构开展多次重复更新和计算的问题。.本项目的研究成果丰富了动力学与控制领域的研究内容和研究方法，为具有不确定性参数的大型复杂结构的优化设计、提高结构可靠性、及提供不确定性参数的鲁棒性奠定了理论基础。