【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于卫星设计领域，具体涉及一种基于热致振动与液体晃动耦合的卫星姿态预示方法。
技术介绍
1、随着航天技术的飞速发展，为了完成越来越复杂的任务要求，卫星普遍带有大型柔性附件结构且携带大量燃料。在轨运行过程中，由于空间热环境改变、空间位置保持要求等任务需要，热荷载、液体晃动会产生干扰力、力矩，对卫星姿态产生影响，进而影响星载高精度仪器设备指标等。当前，由于分属于不同专业方向，结构弹性振动及热致振动、液体晃动等扰动因素，仅仅分别单独与卫星姿态进行耦合分析，未进行涉及多个因素影响的姿态动力学准确预示分析。但是，随着恒星敏感器、激光终端等高精度设备的广泛使用，多个影响因素的耦合作用日益显著，经典仿真分析手段，不能准确预示高精度卫星姿态的变化趋势。因此，亟需开展多个影响因素共同影响的卫星姿态动力学预示方法研究，从而保证卫星各个高精度仪器设备的指向精度等使用指标。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，针对受附件热致振动与本体液体晃动耦合影响的卫星姿态动力学预示问题，提供一种普遍性的分析计算方法。
2、本专利技术解决技术的方案是：一种基于热致振动与液体晃动耦合的卫星姿态预示方法，包括：
3、从分析力学角度出发，通过空间矢量分析及其对时间求导数，构建适用于广义结构任何点速度分析表达式，获得卫星本体、柔性附件、液体部分任意点的速度计算公式；
4、根据所述的速度计算公式获得包含卫星本体、柔性附件、液体部分的卫星系统动能和势能表达
5、根据卫星系统动能和势能计算方程，获得卫星系统对应的拉格朗日函数；
6、依据所述拉格朗日函数，从经典lagrange原理的准坐标形式出发，推导包含卫星本体平动、姿态转动、热致振动、弹性振动和液体晃动之间耦合影响的卫星姿态预示模型，利用该模型完成卫星姿态预示。
7、优选的，柔性附件任意点dma的速度计算公式通过下述方式获得：
8、考虑柔性附件的弹性变形和热变形，确定柔性附件任意点dma到惯性坐标系{r}系坐标原点or的空间矢量；
9、将上述空间矢量在{r}系中对时间求导数，获得点dma速度；
10、将获得的点dma速度向附件坐标系{a}系中投影，获得柔性附件点dma在{a}系中的速度计算公式。
11、优选的，柔性附件任意点dma在{a}系的速度计算公式为：
12、式中，为由本体坐标系{b}系到附件坐标系{a}系的转换矩阵，a为由{r}系到本体坐标系{b}系的转换矩阵；x为卫星质心相对惯性坐标系空间基准位置的摄动量，db为{a}系坐标原点oa到{b}系坐标原点ob的矢量，ra为点dma到点oa的矢量，ωb为卫星本体相对{r}系的角速度，δa为点dma到参考点的矢量，由弹性变形δae和热变形δat两部分组成，“～”表示反对称矩阵，“.”代表矢量对时间求导。
13、优选的，卫星本体任意点dmb在{b}系的速度计算公式为：式中，rb为点dmb到点ob的矢量。
14、优选的，液体部分的速度计算公式推导过程中将和贮箱一起运动的一部分液体称为刚性脉冲质量，该部分液体用一个固定质量表示；另一部分液体在贮箱内自由晃动，称为对流质量，该部分液体质量用一系列质量-弹簧来代替。
15、优选的，液体部分的速度计算公式包括不动液体部分任意点dmc的速度计算公式：
16、晃动液体部分任意点dmc1的速度计算公式：
17、式中，rc为点dmc到点ob的矢量，δc1为点dmc1到点dmc的矢量。
18、优选的，卫星系统动能表达式为：
19、
20、式中，m为航天器总质量；ma为柔性附件质量阵；δt为柔性附件结构的热致弹性位移；分别为柔性附件结构热致弹性变形对航天器平动、转动的耦合系数矩阵，fta、fsa分别为柔性附件结构外激励弹性变形对航天器平动、转动的柔性耦合系数矩阵，φ、η为柔性附件的模态阵和模态坐标，mc1为晃动液体部分质量，δic1为晃动液体部分相对系统质心的转动惯量由液体晃动产生的偏置量，δia为柔性附件相对系统质心的转动惯量由热致静变形产生的偏置量，i为星本体相对系统质心的转动惯量。
21、优选的，
22、式中，tta、tsa分别为对应的转换矩阵，da为柔性附件的刚体模态矩阵。
23、优选的，卫星系统势能表达式为：
24、
25、式中，ka为柔性附件的刚度矩阵，λ为柔性附件广义刚度阵，rt为柔性附件热荷载,kc为液体晃动部分刚度矩阵。
26、优选的，所述的卫星姿态预示模型为：
27、
28、
29、
30、
31、
32、式中，ps、ms分别为卫星外部作用力、力矩。
33、本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
34、(1)本专利技术的目的在于提供一种基于热致振动与液体晃动耦合的卫星姿态预示方法，旨在弥补现有领域的技术空白。
35、(2)利用本专利技术所述方法输出的系统动能、势能方程，由于综合考虑了中心刚体、柔性附件、液体部分的能量计算方程，极大提高了卫星在轨使用期间考虑综合因素影响的全面性。
36、(3)通过本专利技术所述方法获得考虑卫星本体平动与转动、附件弹性振动与热致振动、液体晃动的耦合动力学模型，由于在方程中体现了相互之间的耦合影响，极大提高了卫星姿态动力学预示的准确性。
37、(4)本专利技术所述的计算方法具有普遍适用性，可分析基于附件热致振动与本体液体晃动耦合影响的卫星姿态变化趋势。
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1.一种基于热致振动与液体晃动耦合的卫星姿态预示方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：柔性附件任意点dma的速度计算公式通过下述方式获得：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：柔性附件任意点dma在{a}系的速度计算公式为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：卫星本体任意点dmb在{b}系的速度计算公式为：式中，rb为点dmb到点ob的矢量。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：液体部分的速度计算公式推导过程中将和贮箱一起运动的一部分液体称为刚性脉冲质量，该部分液体用一个固定质量表示；另一部分液体在贮箱内自由晃动，称为对流质量，该部分液体质量用一系列质量-弹簧来代替。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：液体部分的速度计算公式包括不动液体部分任意点dmc的速度计算公式：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：卫星系统动能表达式为：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：卫星系统
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的卫星姿态预示模型为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于热致振动与液体晃动耦合的卫星姿态预示方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：柔性附件任意点dma的速度计算公式通过下述方式获得：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：柔性附件任意点dma在{a}系的速度计算公式为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：卫星本体任意点dmb在{b}系的速度计算公式为：式中，rb为点dmb到点ob的矢量。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：液体部分的速度计算公式推导过程中将和贮箱一起运动的一部分液体称为...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘正山，许宏岩，赵优，邓明乐，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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