海洋二號(hào)衛(wèi)星微波輻射計(jì)的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)仿真與試驗(yàn)

王朋朋， 牛寶華， 艾永強(qiáng)， 王三民

(1. 中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院，西安　710100; 2. 西北工業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，西安　710072)

海洋二號(hào)衛(wèi)星微波輻射計(jì)的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)仿真與試驗(yàn)

王朋朋1， 牛寶華1， 艾永強(qiáng)1， 王三民2

(1. 中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院，西安710100; 2. 西北工業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，西安710072)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的高精度姿態(tài)控制，需要對(duì)以輻射計(jì)為代表的大型回轉(zhuǎn)載荷進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)仿真與試驗(yàn)。結(jié)合海洋二號(hào)衛(wèi)星研制需求，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期開(kāi)展了針對(duì)微波輻射計(jì)的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)仿真，以提供優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和布局的依據(jù)。為了評(píng)估空氣環(huán)境對(duì)動(dòng)平衡配平的影響，進(jìn)行了輻射計(jì)動(dòng)平衡配平的風(fēng)阻影響分析?？紤]了重力因素、在軌熱變形和無(wú)重力下軸承徑向游隙變化對(duì)輻射計(jì)動(dòng)平衡的影響。最終在真空環(huán)境下開(kāi)展了針對(duì)輻射計(jì)的動(dòng)平衡試驗(yàn)，以很小的配重質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了微波輻射計(jì)的配平。

關(guān)鍵詞：微波輻射計(jì);大型回轉(zhuǎn)載荷;動(dòng)平衡

微波輻射計(jì)是海洋二號(hào)衛(wèi)星的重要載荷，其結(jié)構(gòu)構(gòu)型為大型回轉(zhuǎn)體，回轉(zhuǎn)部分質(zhì)量在整星質(zhì)量中占相當(dāng)大的比例。衛(wèi)星入軌后輻射計(jì)需要進(jìn)行持續(xù)圓錐掃描觀(guān)測(cè)，由于其質(zhì)量分布不均勻，會(huì)引入靜不平衡和動(dòng)不平衡，產(chǎn)生慣性力和慣性力矩，對(duì)衛(wèi)星的飛行姿態(tài)產(chǎn)生較大影響。為了實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的高精度姿態(tài)控制(要求衛(wèi)星三軸指向精度優(yōu)于0.1°，姿態(tài)穩(wěn)定度優(yōu)于0.003 °/s，測(cè)量精度優(yōu)于0.03°)[1-3]，需要對(duì)以輻射計(jì)為代表的大型回轉(zhuǎn)載荷進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)仿真與動(dòng)平衡測(cè)試和配平。

動(dòng)平衡的概念最早出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，其目標(biāo)是減少轉(zhuǎn)子撓曲、減少振動(dòng)和軸承動(dòng)態(tài)反力。根據(jù)轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速與一階臨界轉(zhuǎn)速的關(guān)系，可以分為剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)和撓性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的平衡，工程界提出了多種動(dòng)平衡的理論和方法，剛性轉(zhuǎn)子有力平衡法和兩平面影響系數(shù)法等，撓性轉(zhuǎn)子有模態(tài)平衡法、影響系數(shù)法、綜合平衡法等。各種動(dòng)平衡理論及實(shí)現(xiàn)方法在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、直升機(jī)旋翼、智能機(jī)器人等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[4-10]?？臻g微重力環(huán)境下，回轉(zhuǎn)載荷轉(zhuǎn)子軸承的支承和潤(rùn)滑狀態(tài)與地面大不相同，對(duì)其動(dòng)平衡特性提出了更為苛刻的要求，回轉(zhuǎn)載荷成為影響整個(gè)航天器壽命的關(guān)鍵。按照回轉(zhuǎn)載荷100 r/min的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，對(duì)于5年壽命的海洋衛(wèi)星，其總計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)2.63×108圈，如果不對(duì)其不平衡量進(jìn)行控制，將會(huì)引起轉(zhuǎn)子軸承的磨損，導(dǎo)致擾動(dòng)載荷的增加，危害航天器安全。國(guó)內(nèi)外含回轉(zhuǎn)體航天器在發(fā)射之前均對(duì)其動(dòng)不平衡量進(jìn)行了嚴(yán)格的測(cè)試與控制，圖 1為美國(guó)深度撞擊號(hào)彗星探測(cè)器和全球降水測(cè)量航天器微波成像儀所進(jìn)行的動(dòng)平衡測(cè)試[11]。

圖1　航天器動(dòng)平衡測(cè)試Fig.1 Dynamic balancing test of spacecrafts

結(jié)合海洋二號(hào)衛(wèi)星研制需求，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期開(kāi)展了針對(duì)微波輻射計(jì)的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)仿真，以提供優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和布局的依據(jù)。為了評(píng)估空氣環(huán)境對(duì)動(dòng)平衡配平的影響，進(jìn)行了輻射計(jì)動(dòng)平衡配平的風(fēng)阻影響分析。考慮了重力因素、在軌熱變形和無(wú)重力下軸承徑向游隙變化對(duì)輻射計(jì)動(dòng)平衡的影響。最終在真空環(huán)境下開(kāi)展了針對(duì)輻射計(jì)的動(dòng)平衡試驗(yàn)，以很小的配重質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了微波輻射計(jì)的配平。

圖2　微波輻射計(jì)星上布局及結(jié)構(gòu)構(gòu)型Fig.2 Microwave radiometer configuration and its layout on satellite

1靜平衡與動(dòng)平衡

當(dāng)質(zhì)量M、偏心距e的回轉(zhuǎn)體以角速度ω繞旋轉(zhuǎn)軸O-Z軸作等速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其在旋轉(zhuǎn)中心O處產(chǎn)生的慣性力P和慣性力矩N分別表示為[12]：

(1)

式中，Izx表示回轉(zhuǎn)體對(duì)坐標(biāo)軸z軸、x軸的慣性積，Iyz表示回轉(zhuǎn)體對(duì)坐標(biāo)軸y軸、z軸的慣性積。

式(1)中，P和N隨回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)而改變方向，因此對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的支承機(jī)構(gòu)作用有動(dòng)載荷并成為產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的根源。要使這些有害的P和N變?yōu)榱?，回轉(zhuǎn)體的質(zhì)量分布需要滿(mǎn)足以下條件：

1)e=0即需要回轉(zhuǎn)體的質(zhì)心在旋轉(zhuǎn)軸上。此時(shí)，無(wú)論ω取任何值，慣性力的合力都為零，這種狀態(tài)稱(chēng)為靜平衡狀態(tài)。但是在這種情況下，一般都會(huì)殘留慣性力矩N，所以回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)軸支承機(jī)構(gòu)依然受慣性力矩作用。

2)Izx=Iyz=0即要求回轉(zhuǎn)體對(duì)Z軸有關(guān)的慣性積均為零。這意味著回轉(zhuǎn)體的一根主慣性軸應(yīng)與旋轉(zhuǎn)軸重合。這種情況下，坐標(biāo)原點(diǎn)可以在坐標(biāo)軸上取任意位置，對(duì)于任何z的取法，Izx=Iyz=0都包含有e=0的條件，其結(jié)果也就要求通過(guò)回轉(zhuǎn)體質(zhì)心的主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸重合，這就是動(dòng)平衡的條件。如果能夠滿(mǎn)足這一條件，則旋轉(zhuǎn)軸不受任何力和力矩的作用，并且支承上沒(méi)有動(dòng)載荷作用，因此也沒(méi)有振動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。這種狀態(tài)稱(chēng)為完全平衡狀態(tài)。

因此，靜平衡與動(dòng)平衡存在如下關(guān)系：動(dòng)平衡一定是靜平衡的，靜平衡往往不是動(dòng)平衡的。

2微波輻射計(jì)的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)仿真

為了改善不規(guī)則回轉(zhuǎn)體的靜平衡和動(dòng)平衡特性，就需要修改回轉(zhuǎn)體運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量分布，以避免不平衡力和力矩的產(chǎn)生。目前的動(dòng)平衡試驗(yàn)是在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行的，首先在產(chǎn)品上選擇配平平面和配平半徑，根據(jù)動(dòng)平衡機(jī)的提示在相應(yīng)的位置和角度逐步添加或去除配重，使得產(chǎn)品的動(dòng)平衡特性逐步達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于動(dòng)平衡試驗(yàn)的事后性，配重位置及大小的選取會(huì)受到多種條件的限制。因此，需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，對(duì)產(chǎn)品的動(dòng)平衡特性有定性了解，如配重的質(zhì)量和位置信息，從而提供優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和布局的依據(jù)。圖3給出了對(duì)微波輻射計(jì)進(jìn)行動(dòng)平衡仿真配平的示意圖，仿真中選取了兩個(gè)平衡配重基準(zhǔn)面，分別位于輻射計(jì)高頻箱的上下外表面。

圖3　微波輻射計(jì)配平平面示意圖Fig.3 Balancing plane of microwave radiometer

假定兩個(gè)平衡配重基準(zhǔn)面上需要添加的配重質(zhì)徑積和對(duì)應(yīng)的相位角分別為(mr)Ⅰ、αⅡ和(mr)Ⅱ、αⅡ，則實(shí)現(xiàn)輻射計(jì)的動(dòng)平衡需要以下等式同時(shí)成立：

要注意把足球文化和我國(guó)的校園文化、體育文化以及傳統(tǒng)文化融合起來(lái)，讓學(xué)生從內(nèi)心深處喜歡足球，參與足球，欣賞足球。

(2)

式中，F(xiàn)x、Fy和Mx、My分別為輻射計(jì)旋轉(zhuǎn)中心處受到的擾動(dòng)力和擾動(dòng)力矩，其具體值可以通過(guò)對(duì)微波輻射計(jì)的動(dòng)平衡ADAMS仿真獲得[13]。圖4給出了動(dòng)平衡設(shè)計(jì)前后，輻射計(jì)旋轉(zhuǎn)中心處的擾動(dòng)力和擾動(dòng)力矩隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)對(duì)比。動(dòng)平衡設(shè)計(jì)后，結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心處所受的擾動(dòng)力和擾動(dòng)力矩明顯減小，輻射計(jì)動(dòng)平衡特性極大改善。

圖4　動(dòng)平衡設(shè)計(jì)前后旋轉(zhuǎn)中心處的擾動(dòng)力和擾動(dòng)力矩對(duì)比Fig.4 Disturbance force and moment at rotate center before and after dynamic balancing

3風(fēng)阻的影響

由于微波輻射計(jì)在軌工作處于真空環(huán)境中，但是地面試驗(yàn)在空氣環(huán)境中進(jìn)行，反射器在動(dòng)平衡配平過(guò)程中會(huì)受到風(fēng)的擾動(dòng)造成配平數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或無(wú)法實(shí)施配平，為了評(píng)估空氣環(huán)境對(duì)動(dòng)平衡配平的影響，進(jìn)行了輻射計(jì)動(dòng)平衡配平的風(fēng)阻影響分析。

3.1風(fēng)壓分布分析

微波輻射計(jì)工作時(shí)，在流場(chǎng)中繞中心軸旋轉(zhuǎn)，反射器表面會(huì)承受風(fēng)壓作用。由于反射器前后表面的構(gòu)型差異及安裝俯仰角的存在，反射器前后表面所承受的風(fēng)壓是不平衡的，風(fēng)壓的不平衡會(huì)形成合力和合力矩，會(huì)在微波輻射計(jì)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo)軸處形成力偶，風(fēng)壓不平衡引入的力偶與輻射計(jì)原有的動(dòng)不平衡量疊加，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)平衡試驗(yàn)偏差。微波輻射計(jì)轉(zhuǎn)速為60 r/min時(shí)，輻射計(jì)反射器前后表面的壓強(qiáng)云圖如圖 5所示，圖中給出的壓強(qiáng)值為與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的差值，如果壓強(qiáng)值為負(fù)值表示該處氣壓小于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，正值表示該處氣壓大于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

圖5　微波輻射計(jì)反射器前后表面的壓強(qiáng)云圖Fig.5 Pressure distribution on front and back surface of microwave radiometer

3.2風(fēng)阻合力和合力矩

輻射計(jì)反射器坐標(biāo)系O0X0Y0Z0與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系OXYZ的關(guān)系如圖 6所示，假定反射器坐標(biāo)系原點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值為(a,b,c)，則存在如下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系：

(3)

圖6　反射器坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系相對(duì)關(guān)系Fig.6 Relationship between reflector coordinate and rotate coordinate

假設(shè)反射器的曲面方程為f(x,y,z)=0，曲面上任意點(diǎn)(x0,y0,z0)處的壓強(qiáng)值為p(x0,y0,z0)，該點(diǎn)處的風(fēng)阻力在坐標(biāo)軸三個(gè)方向的分量可近似表示為

總的風(fēng)阻力矩表示為

對(duì)Z軸傾覆力矩表示為

(6)

動(dòng)不平衡量表示為

(7)

3.3風(fēng)阻與轉(zhuǎn)速的關(guān)系

圖 7給出了輻射計(jì)受到的風(fēng)阻合力、風(fēng)阻合力矩、對(duì)Z軸傾覆力矩及動(dòng)不平衡量隨轉(zhuǎn)速的變化曲線(xiàn)。由曲線(xiàn)可知，風(fēng)阻合力中的Y軸分量和Z軸分量與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系，而X軸分量相對(duì)較小；風(fēng)阻合力矩與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系，且X軸分量要大于Y軸分量；對(duì)Z軸傾覆力矩與轉(zhuǎn)速也成平方關(guān)系，而動(dòng)不平衡量則對(duì)轉(zhuǎn)速不敏感。

圖7　風(fēng)阻合力、合力矩、對(duì)Z軸傾覆力矩和動(dòng)不平衡量隨轉(zhuǎn)速變化曲線(xiàn)Fig.7 The impacts of rotate velocity to resultant force, resultant moment, overturning moment to Z axis and dynamic unbalance

3.4風(fēng)阻與環(huán)境氣壓的關(guān)系

圖 8給出了微波輻射器受到的風(fēng)阻合力、風(fēng)阻合力矩、對(duì)Z軸傾覆力矩及動(dòng)不平衡量隨環(huán)境氣壓的變化曲線(xiàn)。由曲線(xiàn)可知，隨著環(huán)境氣壓的降低，風(fēng)阻合力、風(fēng)阻合力矩、對(duì)Z軸傾覆彎矩及動(dòng)不平衡量均以線(xiàn)性關(guān)系下降。特別需要指出的是，當(dāng)環(huán)境氣壓下降至0.01個(gè)大氣壓時(shí)，風(fēng)阻產(chǎn)生的對(duì)Z軸的傾覆彎矩僅為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的2%，可以忽略不計(jì)。

圖8　風(fēng)阻合力、合力矩、對(duì)Z軸傾覆力矩和動(dòng)不平衡量隨環(huán)境氣壓變化曲線(xiàn)Fig.8 The impacts of environment air pressure to resultant force, resultant moment,overturning moment to Z axis and dynamic unbalance

4空間環(huán)境對(duì)動(dòng)平衡的影響

微波輻射計(jì)的工作環(huán)境為空間環(huán)境，而動(dòng)平衡配平及測(cè)試環(huán)境為地面環(huán)境，對(duì)比空間環(huán)境和地面測(cè)試環(huán)境，除大氣環(huán)境外，還需要考慮如下因素的影響：重力因素、在軌熱變形、在軌無(wú)重力下軸承徑向游隙變化。

4.1重力因素影響分析

靜不平衡量的數(shù)學(xué)表示為：

S=me

(8)

式中，m為質(zhì)量，單位g，e為質(zhì)心偏離旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)位置，單位cm或mm。由式(8) 可知，靜不平衡量與重力無(wú)關(guān)。

靜平衡測(cè)試原理是利用待測(cè)對(duì)象重力作用在若干個(gè)稱(chēng)重傳感器上，通過(guò)稱(chēng)重力傳感器的測(cè)重結(jié)果計(jì)算質(zhì)心位置，G=mg，m為質(zhì)量，g為重力加速度，重力加速度在每個(gè)稱(chēng)重傳感器上的值相同且為定值，因此重力不影響靜平衡測(cè)試結(jié)果。

動(dòng)不平衡量的數(shù)學(xué)表示為：

D=m1r1h1+m2r2h2=mrh

(9)

式中，m1r1為上配平平面剩余質(zhì)量與配平半徑的矢量積；m2r2為下配平平面剩余質(zhì)量與配平半徑的矢量積；h1為上配平平面距安裝面的高度；h2為下配平平面距安裝面的高度。由式9可知，動(dòng)不平衡量與重力無(wú)關(guān)。

動(dòng)平衡測(cè)試時(shí)輻射計(jì)轉(zhuǎn)軸豎直向上，和重力方向平行，輻射計(jì)在重力的影響下會(huì)產(chǎn)生軸向彈性變形，而在軌失重環(huán)境下，彈性變形回復(fù)，引起測(cè)試狀態(tài)與在軌狀態(tài)軸向高度的細(xì)微變化，因此，重力影響動(dòng)平衡測(cè)試結(jié)果。

動(dòng)不平衡量變化值可以通過(guò)彈性變形量占總高度的比例來(lái)計(jì)算，具體表示為：

ΔD=DΔh/h

(10)

4.2熱變形影響分析

輻射計(jì)在軌受溫度場(chǎng)影響會(huì)產(chǎn)生徑向熱變形Δr和軸向熱變形Δh。由于靜不平衡量表示轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量和質(zhì)心偏離軸線(xiàn)的距離的乘積，軸向熱變形不影響靜不平衡量。動(dòng)不平衡量中包含軸向高度信息，因此軸向熱變形對(duì)動(dòng)不平衡量有影響。徑向熱變形同時(shí)影響靜不平衡量和動(dòng)不平衡量。

在ΔT的溫度變化量下輻射計(jì)的熱變形表示為

Δr=rαΔTΔh=hαΔT

(11)

靜不平衡量變化值為：

ΔS=mΔr

(12)

動(dòng)不平衡量變化值為：

(13)

4.3軸承徑向游隙變化影響分析

在地面進(jìn)行靜平衡與動(dòng)平衡測(cè)試時(shí)，轉(zhuǎn)子軸承在重力作用下中心自定位，使得地面測(cè)試狀態(tài)沒(méi)有包含軸承徑向游隙Δb。在軌工作時(shí)，由于輻射計(jì)頭部處于失重狀態(tài)，軸承徑向游隙會(huì)使得轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)偏向一側(cè)，導(dǎo)致式(8)和式(9)中的半徑r產(chǎn)生了Δb的變化量，則

靜不平衡量變化值為：

ΔS=mΔb

(14)

動(dòng)不平衡量變化值為：

ΔD=DΔb/r

(15)

最終，重力因素、在軌熱變形和軸承徑向游隙變化對(duì)輻射計(jì)靜不平衡量和動(dòng)不平衡量測(cè)試結(jié)果的影響匯總?cè)绫?所示。對(duì)靜不平衡量測(cè)試結(jié)果影響最大的是軸承徑向游隙變化，而動(dòng)不平衡量測(cè)試結(jié)果的差異主要來(lái)自于重力因素。由于上述兩個(gè)因素在進(jìn)行地面測(cè)試時(shí)是無(wú)法消除的，因此在進(jìn)行輻射計(jì)的動(dòng)平衡配平時(shí)需要考慮到這種差異的存在，預(yù)留一定的變化余量。

表1　空間環(huán)境對(duì)動(dòng)不平衡量的影響

5微波輻射計(jì)的動(dòng)平衡試驗(yàn)

在型號(hào)研制過(guò)程中，開(kāi)展了針對(duì)微波輻射計(jì)的動(dòng)平衡試驗(yàn)，動(dòng)平衡試驗(yàn)在低氣壓罐中進(jìn)行，當(dāng)真空度達(dá)到要求時(shí)，進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試與配平工作，最終微波輻射計(jì)的靜不平衡量和動(dòng)不平衡量達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。海洋二號(hào)衛(wèi)星于2011年8月6日成功發(fā)射，衛(wèi)星入軌后，微波輻射計(jì)開(kāi)機(jī)工作，最終在載荷旋轉(zhuǎn)掃描狀態(tài)下，海洋二號(hào)衛(wèi)星三軸姿態(tài)指向精度優(yōu)于0.01°，姿態(tài)穩(wěn)定度優(yōu)于0.001°。圖 9為微波輻射計(jì)開(kāi)機(jī)狀態(tài)下，海洋二號(hào)衛(wèi)星繞滾動(dòng)軸、俯仰軸、偏航軸的角速度在軌測(cè)量曲線(xiàn)。

圖9　衛(wèi)星繞滾動(dòng)軸、俯仰軸、偏航軸角速度在軌曲線(xiàn)Fig.9 Satellite angular velocity about rolling, pitching and yawing axis

6結(jié)論

以微波輻射計(jì)為代表的大型回轉(zhuǎn)載荷的靜不平衡量和動(dòng)不平衡量，極大影響了衛(wèi)星的高精度姿態(tài)控制能力。結(jié)合海洋二號(hào)衛(wèi)星型號(hào)研制需求，開(kāi)展了針對(duì)大型回轉(zhuǎn)載荷的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)仿真與試驗(yàn)，通過(guò)相對(duì)較小的配重質(zhì)量增加，極大改善了產(chǎn)品的動(dòng)平衡特性，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。通過(guò)海洋二號(hào)衛(wèi)星微波輻射計(jì)的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)仿真與試驗(yàn)，摸索出了一套解決星載大型回轉(zhuǎn)載荷動(dòng)不平衡問(wèn)題的方法，為后續(xù)多顆氣象海洋衛(wèi)星大型回轉(zhuǎn)載荷的研制積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

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Dynamic balancing design simulation and test for HY-2A satellite microwave radiometer

WANG Peng-peng1, NIU Bao-hua1, AI Yong-qiang1, WANG San-min2

(1. China Academy of Space Technology (Xi’an), Xi’an 710100, China; 2. School of Mechanical Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China)

Abstract:In order to realize high precision attitude control of a satellite, the dynamic balancing design simulation and test for large rotating payload of microwave radiometer should be conducted. Combining with the research and development of HY-2A satellite, the dynamic balancing design and simulation of its microwave radiometer was performed to provide the basis for its structural optimization and layout design. The effects of air resistant force on the radiometer’s dynamic balancing were analyzed. The influences of gravity, thermal expansion and variation of bearing radial clearance on the radiometer’s dynamic balancing were also considered. Finally, the radiometer’s dynamic balancing test was performed in vacuum environment and its dynamic balance target was achieved with very small added weights.

Key words:microwave radiometer; large rotating payload; dynamic balancing

收稿日期：2014-11-21修改稿收到日期：2015-05-12

中圖分類(lèi)號(hào):V474.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2016.09.001

第一作者 王朋朋 男，碩士，工程師，1985年9月生