图1. IABG混响室中的通信卫星,空中客车防务及与航天公司2017年版权所有
空中客车防务与航天公司的工程师通过使用 MSC Nastran 和 Actran 的方法来预测太阳能电池板在离地升空时的振动声学响应。用 MSC Nastran 计算太阳能电池板的模态频率和振型;同时用 Actran 对复杂的声学耗散和传播进行建模以丰富结构模型,并对作用在折叠起来的太阳能电池帆板上的声学载荷环境进行建模。
此外,由于这些空气层的尺寸很小(几毫米),因此会发生粘热耗散,从而影响声波的传播。Actran 中包含了多种高级数值建模技术,可以对这些影响进行建模并准确预测最终响应。
图2. 太阳能电池板振动谱,对空气夹层的影响
图3. 太阳能电池板振动频谱,对电池板层间空气粘性的影响进行建模
通常采用夹层结构来减轻重量、增加结构强度,并以碳纤维增强塑料面板覆盖铝蜂窝芯结构。由于 MSC Nastran 的结构建模能力可准确地表述此类复杂的复合材料结构,因此采用 Actran 对覆盖有碳纤维面板的蜂窝结构对太阳能电池板结构周围的声波传播所产生的影响进行建模。Actran对孔的建模能力可以模拟各向异性的声学传播以及特定的消散特性,这主要影响太阳能电池板在低频区的振动声学响应。
图5. 混响室试验设置
图6.振动声学模型概览
图7.太阳能电池板加速度功率频谱
图8.太阳能电池板应变功率频谱