新型捕获对接机构仿真分析与试验研究

发布时间：2017-09-02 18:08

  本文关键词：新型捕获对接机构仿真分析与试验研究

  更多相关文章： 捕获对接 动力学分析 缓冲 测试 优化

【摘要】：航天器捕获对接技术是航天领域的一项关键技术，捕获机构的设计分析与仿真是实现太空对接任务顺利完成的可靠保证。航天器之间成功捕获对接为后续的在轨服务提供保障，并且可实现装配和更换在轨模块、太空废弃模块捕获回收等任务，提高航天器使用寿命的同时又降低了航天试验的成本。 本文参考国内外较成熟的捕获技术方案，针对本课题对捕获机构的技术要求，对应用于在轨航天器捕获的新型对接机构进行了总体方案设计以及构型运动学分析，机构的设计方案具有独立的驱动控制系统，并对各运动组件的运动特性进行分析，建立的数学模型可为后续仿真分析提供理论支撑。 本文采用了牛顿—欧拉数学思想建立了航天器捕获对接缓冲阶段动力学方程，分别采用矢量法以及微分矩阵法建立了缓冲方程的数学描述，建立缓冲过程的能量传递方程以及捕获拉进阶段的位置描述方程。通过计算机仿真软件对机构的捕获过程进行了动力学分析，，来验证整个机构设计的合理性，并通过仿真分析得到缓冲过程的力学特性曲线以及缓冲参数在取不同初始值时的变化规律，进而确定满足缓冲力要求时缓冲参数的取值范围。通过仿真分析验证机构整体的动力学特性符合要求，同时需要对机构关键部件锁爪进行有限元静力学分析，分析结果中出现应力应变的危险区域，为了提高锁爪安全可靠性进行了优化设计，并进行模态分析获得了锁爪各阶的模态振型，优化后的锁爪结构符合了安全可靠性要求。 最后对所设计的航天器捕获对接机构进行试验研究。通过试验来验证捕获机构设计的合理性，以及与各项设计指标参数的匹配性。并对不同的初始吊装间距的捕获机构进行吊装试验，验证机构力学参数的合理性。
【关键词】：捕获对接 动力学分析 缓冲 测试 优化
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V526
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义11-12
• 1.1.1 课题来源11
• 1.1.2 研究的目的和意义11-12
• 1.2 航天器捕获机构国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-15
• 1.3 航天器交会对接仿真技术应用状况15-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第2章 捕获对接机构总体方案设计分析18-29
• 2.1 捕获机构设计要求18-19
• 2.2 捕获机构总体方案19-22
• 2.2.1 方案总体设计19-21
• 2.2.2 机构组件间约束关系21-22
• 2.3 典型机构运动学分析22-27
• 2.3.1 传动机构分析22-24
• 2.3.2 捕获锁紧机构分析24-25
• 2.3.3 缓冲机构分析25-27
• 2.4 动力元件选用27-28
• 2.4.1 传感器选择27-28
• 2.4.2 电机选择28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 捕获对接过程动力学特性分析29-43
• 3.1 对接过程力学数学模型29-30
• 3.1.1 建立模型假设条件29-30
• 3.1.2 刚体牛顿欧拉方程30
• 3.2 捕获阶段动力学特性分析30-32
• 3.2.1 缓冲力与能量方程30-32
• 3.2.2 拉近过程位置描述32
• 3.3 基于 ADAMS 的捕获过程动力学仿真32-38
• 3.3.1 软件环境下的模型33
• 3.3.2 定义构件属性和约束33-35
• 3.3.3 施加驱动及定义传感器35-36
• 3.3.4 定义弹簧柔性体36-37
• 3.3.5 机构仿真过程37-38
• 3.4 仿真算例与结果38-42
• 3.4.1 模型初始参数38
• 3.4.2 仿真约束条件38-39
• 3.4.3 仿真结果分析39-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 关键部件有限元分析与优化设计43-54
• 4.1 有限单元法分析软件43-44
• 4.2 锁爪静力学特性分析44-46
• 4.2.1 锁爪的有限元模型44-45
• 4.2.2 锁紧后静载荷下的分析结果45-46
• 4.3 锁爪结构优化设计46-52
• 4.3.1 模型的参数化46-47
• 4.3.2 有限元网格划分47-49
• 4.3.3 边界条件的设定49
• 4.3.4 优化设计结果分析49-52
• 4.4 锁爪构件的模态分析52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 捕获对接机构样机的试验研究54-59
• 5.1 物理样机54
• 5.2 样机的测试与试验54-56
• 5.2.1 静态物理参数测试55
• 5.2.2 机构运动测试55
• 5.2.3 捕获力学测试55-56
• 5.3 测试结果与分析56-58
• 5.3.1 样机结构参数及运动测试56-57
• 5.3.2 样机力学测试结果57-58
• 5.4 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-63
• 攻读学位期间发表的学术论文63-64
• 致谢64

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本文编号：780065