北京三号A
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第 ３ 期 贾文文 等:北京三号 A/B 卫星太阳翼分析及试验验证
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图 ５ Y 向应变变化曲线
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有小范围波动,但应 变 随 载 荷 变 化 而 呈 现 出 线 性 变
化趋势.卸载后,各测点的应变也能较好复位,说明
鉴定级载荷以内,基 板 仍 处 于 线 性 范 围 内. 基 板 上
图 ３ 垂直面板方向准静态加载太阳翼绕 Y 轴弯矩图
位置对称分布测点 的 响 应 并 不 相 同,而 且 有 的 出 现
１ 试件状态
参加试验的试件为太阳翼基板,此时基板表面尚
未粘贴太阳电池片,
基板尺寸为１
３
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０mm×２
０
０
０mm,
了较大差异,其原因主要有:
(
２)应 变 片 粘 贴 时,无 法 保 证 完 全 沿 纤 维 束 方
向,也无法保证粘贴位置的完全对称,粘贴质量的一
致性难以保证.
图 ４ X 向应变变化曲线
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度,难以满足敏捷卫星快速姿态机构并快速稳定的需
求.１９９９ 年 美 国 成 功 发 射 艾 科 诺 斯Ｇ
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星,其采用六棱柱构型,配置 ３ 个太阳翼,间隔 １２０
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装,每个太阳翼包括 １ 块电池板,以及用于支撑电池
板的支撑臂,由于引入支撑臂,太阳翼由平板结构变
形为空间三角结构,大大提高其展开后刚度[５].２０１１
A DOI:
１０
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１０Hz６Ｇ７ .国内某敏捷卫星平台也开展了带支撑臂类
高刚度太阳翼设计[８Ｇ９],至今已有多颗卫星完成在轨
[ ]
飞行试验验证,太阳翼展开频率均达到 ６Hz以上.
本文针对北 京 三 号 A/B 卫 星 平 台 太 阳 翼 开 展
了系列分析是试验验证,为后续太阳翼设计、分析及
试验验证提供了基础.
１ 太阳翼构型及组成
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绕Y 轴最大单位长度弯矩 Mymax＝１１８Nm/m.从实
际计算结果来看太阳翼面板其实是承受联合弯矩的
作用,读取最大绕 X 轴向弯矩对应位置处承受的 绕
Y 轴弯矩约为 My１＝６０Nm/m,最大绕Y 轴向弯矩对
应位置处承 受 的 绕 X 轴 弯 矩 约 为 Mx１ ＝５０Nm/m,
根据式(
１)得到 X 向安全系数 nx 为 ３
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１)复合材料纤 维 铺 层 的 工 艺 过 程 会 使 产 品 本
身特性出现较大的离散性;
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随着航天技术 的 发 展,敏 捷 卫 星 已 成 为 世 界 许
多宇航公司研发的热点之一 [１Ｇ４],传统铰链连接式太
阳翼,仅通过铰链连接星体侧壁和太阳电池阵,而更
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１ 北京空间飞行器总体设计部,北京 １０００９４)(
２ 北京卫星制造厂有限公司,北京 １０００９４)
摘 要 针对北京三号 A/B 卫星高刚度太阳翼开展了分析及试验验证,包括基板准静态分析
和静力试验验证,太阳翼收拢状态和展开状态模态分析及收拢状态力学环境试验及展开基频测试,
以及太阳翼地面展开试验.通过基板准静态分析获取了太阳 翼 基 板 铺 层 设 计 的 强 度 裕 度,后 又 经
航 天 器 工 程
第 ３２ 卷 第 ３ 期
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SPACECRAFT ENGINEERING
２０２３ 年 ６ 月
北京三号 A/B 卫星太阳翼分析及试验验证
贾文文１ 王玉红１ 马静雅１ 马腾１ 管帅１ 王国星２
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板 设 计 状 态 进 行 拉 偏 分 析 ,后 进 行 静 力 试 验 验 证
分析结果.
２
１ 基板准静态分析
在太阳翼垂直板面方向施加鉴定级载荷作为准
静态分析条件.根据碳纤维随炉件弯曲应变测试,沿
北京三号 A/B 卫 星 太 阳 电 池 阵 由 ３ 个 状 态 完
太阳翼单层板所受弯矩如图 ２ 及图 ３.
释放装置组成.
太阳 电 池 板 通 过 ２ 个 根 部 铰 链 与 星 体 侧 壁 相
连,同时又有 １ 根可 展 开 的 支 撑 臂 对 展 开 后 的 太 阳
翼提供支撑,以 满 足 展 开 状 态 一 阶 频 率 的 要 求. 在
太阳翼收拢状态,通 过 ３ 套 压 紧 释 放 装 置 实 现 对 太
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３ 小结
根据 ２
２ 节基 板 静 力 试 验 分 析 结 果 可 知,基 板
在准静态静力载荷 作 用 下,基 板 各 处 应 变 均 处 于 弹
性阶段,与 ２
１ 节准静态分析结果一致.
３ 模态分析及试验验证
３
１ 收拢状态计算结果
对太阳翼的收拢状态进行模态计算,见表 １.
年和 ２０１３ 年,欧洲 As
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其两端通过球关节分别与卫星侧壁结构和太阳电池
板 相 连,整 翼 质 量 １２
８kg,展 开 基 频 设 计 指 标 为
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改铰链构型或增加基板厚度,很难有效提高太阳翼刚
收稿日期:
２０２２
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１９;修回日期:
２０２３
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作者简介:贾文文,女,硕士,工程师,研究方向为航天器机构设计.Ema
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l:９６１３５４５８０＠qq．
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第 ３ 期 贾文文 等:北京三号 A/B 卫星太阳翼分析及试验验证
全相同的太阳翼组成,每翼采用一 根 支 撑 臂、
３个压
紧点的构型方案.其太阳翼展开和收拢状态的构型
见图 １,太阳 翼 由 电 池 板、支 撑 臂、根 部 铰 链 和 压 紧
纤维较密方向承载能力 １１１N,对应单位长度破坏弯
矩 My ＝１８１Nm/m,根据等效厚度经验公式折算纤维
较疏方向对应单位长度破坏弯矩 Mx ＝１３０Nm/m.
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第 ３ 期 贾文文 等:北京三号 A/B 卫星太阳翼分析及试验验证
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图 ５ Y 向应变变化曲线
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化趋势.卸载后,各测点的应变也能较好复位,说明
鉴定级载荷以内,基 板 仍 处 于 线 性 范 围 内. 基 板 上
图 ３ 垂直面板方向准静态加载太阳翼绕 Y 轴弯矩图
位置对称分布测点 的 响 应 并 不 相 同,而 且 有 的 出 现
１ 试件状态
参加试验的试件为太阳翼基板,此时基板表面尚
未粘贴太阳电池片,
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２)应 变 片 粘 贴 时,无 法 保 证 完 全 沿 纤 维 束 方
向,也无法保证粘贴位置的完全对称,粘贴质量的一
致性难以保证.
图 ４ X 向应变变化曲线
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度,难以满足敏捷卫星快速姿态机构并快速稳定的需
求.１９９９ 年 美 国 成 功 发 射 艾 科 诺 斯Ｇ
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星,其采用六棱柱构型,配置 ３ 个太阳翼,间隔 １２０
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装,每个太阳翼包括 １ 块电池板,以及用于支撑电池
板的支撑臂,由于引入支撑臂,太阳翼由平板结构变
形为空间三角结构,大大提高其展开后刚度[５].２０１１
A DOI:
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高刚度太阳翼设计[８Ｇ９],至今已有多颗卫星完成在轨
[ ]
飞行试验验证,太阳翼展开频率均达到 ６Hz以上.
本文针对北 京 三 号 A/B 卫 星 平 台 太 阳 翼 开 展
了系列分析是试验验证,为后续太阳翼设计、分析及
试验验证提供了基础.
１ 太阳翼构型及组成
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际计算结果来看太阳翼面板其实是承受联合弯矩的
作用,读取最大绕 X 轴向弯矩对应位置处承受的 绕
Y 轴弯矩约为 My１＝６０Nm/m,最大绕Y 轴向弯矩对
应位置处承 受 的 绕 X 轴 弯 矩 约 为 Mx１ ＝５０Nm/m,
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１)得到 X 向安全系数 nx 为 ３
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１ 北京空间飞行器总体设计部,北京 １０００９４)(
２ 北京卫星制造厂有限公司,北京 １０００９４)
摘 要 针对北京三号 A/B 卫星高刚度太阳翼开展了分析及试验验证,包括基板准静态分析
和静力试验验证,太阳翼收拢状态和展开状态模态分析及收拢状态力学环境试验及展开基频测试,
以及太阳翼地面展开试验.通过基板准静态分析获取了太阳 翼 基 板 铺 层 设 计 的 强 度 裕 度,后 又 经
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第 ３２ 卷 第 ３ 期
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SPACECRAFT ENGINEERING
２０２３ 年 ６ 月
北京三号 A/B 卫星太阳翼分析及试验验证
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１ 基板准静态分析
在太阳翼垂直板面方向施加鉴定级载荷作为准
静态分析条件.根据碳纤维随炉件弯曲应变测试,沿
北京三号 A/B 卫 星 太 阳 电 池 阵 由 ３ 个 状 态 完
太阳翼单层板所受弯矩如图 ２ 及图 ３.
释放装置组成.
太阳 电 池 板 通 过 ２ 个 根 部 铰 链 与 星 体 侧 壁 相
连,同时又有 １ 根可 展 开 的 支 撑 臂 对 展 开 后 的 太 阳
翼提供支撑,以 满 足 展 开 状 态 一 阶 频 率 的 要 求. 在
太阳翼收拢状态,通 过 ３ 套 压 紧 释 放 装 置 实 现 对 太
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在准静态静力载荷 作 用 下,基 板 各 处 应 变 均 处 于 弹
性阶段,与 ２
１ 节准静态分析结果一致.
３ 模态分析及试验验证
３
１ 收拢状态计算结果
对太阳翼的收拢状态进行模态计算,见表 １.
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改铰链构型或增加基板厚度,很难有效提高太阳翼刚
收稿日期:
２０２２
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１２
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１９;修回日期:
２０２３
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０５
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０３
作者简介:贾文文,女,硕士,工程师,研究方向为航天器机构设计.Ema
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l:９６１３５４５８０＠qq．
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第 ３ 期 贾文文 等:北京三号 A/B 卫星太阳翼分析及试验验证
全相同的太阳翼组成,每翼采用一 根 支 撑 臂、
３个压
紧点的构型方案.其太阳翼展开和收拢状态的构型
见图 １,太阳 翼 由 电 池 板、支 撑 臂、根 部 铰 链 和 压 紧
纤维较密方向承载能力 １１１N,对应单位长度破坏弯
矩 My ＝１８１Nm/m,根据等效厚度经验公式折算纤维
较疏方向对应单位长度破坏弯矩 Mx ＝１３０Nm/m.
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