懸浮在地球周圍的空間碎片是人造衛(wèi)星嚴重的潛在威脅,具有大尺度冗余抓捕特點的繩網(wǎng)捕獲形式具有重要的應用需求,而采用火工裝置直接拋射展開空間繩網(wǎng),存在對發(fā)射衛(wèi)星平臺沖擊大、繩網(wǎng)展開后網(wǎng)體構(gòu)型維持時間短的問題。為提升繩網(wǎng)的捕獲性能,對低沖擊的發(fā)射展開和繩網(wǎng)展開后長時間的在空間保形的研究具有重要意義。本文通過建立拉格朗日動力學解析模型研究基于中心轂輪旋轉(zhuǎn)和基于周置旋筒旋轉(zhuǎn)兩種繩網(wǎng)展開方案。采用無控展開和受控展開兩種形式分析了不同方案下繩網(wǎng)實現(xiàn)穩(wěn)定展開的可能性。通過對比不同方案下的控制力矩幅值和工程實現(xiàn)難度確定最佳旋轉(zhuǎn)展開方案。提出了一種數(shù)值模擬柔性繩網(wǎng)結(jié)構(gòu)在空氣阻力下運動的實現(xiàn)辦法,并通過地面實驗進行了驗證。構(gòu)建了基于中心差分算法的有限元模型,對網(wǎng)臂旋轉(zhuǎn)展開過程和繩網(wǎng)旋轉(zhuǎn)展開過程進行了仿真模擬,討論了有限元模型和解析模型間的差異性及其產(chǎn)生原因�；诰W(wǎng)體有限元仿真模型,分析了繩網(wǎng)與旋筒間的牽拉傳力形式、繩網(wǎng)系統(tǒng)特征參數(shù)、旋筒控制方案及對應的力矩加載策略、延遲擾動控制對繩網(wǎng)展開過程中有效捕獲面積的影響;設(shè)計了周置旋筒旋轉(zhuǎn)展開實驗,為繩網(wǎng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)展開的摩擦影響研究提供參考。 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

輕型抓捕機械臂

哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文2較大；直接彈射展開方式靠質(zhì)量塊初始動能來維持網(wǎng)面構(gòu)型，彈射大型繩網(wǎng)時火工裝置產(chǎn)生的沖擊波將對衛(wèi)星平臺的姿態(tài)造成大幅度擾動；旋轉(zhuǎn)展開依靠系統(tǒng)初始慣量保證網(wǎng)體的展開，在低沖擊發(fā)射展開和長時間在空間保形方面有重要的應用潛力。圖1-2輕型抓捕機械臂圖1-3對接抓捕概念圖圖1-4繩爪捕獲概念圖圖1-5柔性網(wǎng)捕獲概念圖綜上所述，本文針對幾種空間繩網(wǎng)旋轉(zhuǎn)展開備選方案，建立了描述網(wǎng)臂旋轉(zhuǎn)展開過程的動力學解析模型并比較了方案在工程上的易實現(xiàn)性；通過有限元手段對不同方案的繩網(wǎng)展開過程進行了仿真研究，并與解析模型進行對比驗證；仿真分析了幾種繩網(wǎng)網(wǎng)型、旋筒控制方案及其力矩加載策略、受擾狀態(tài)對繩網(wǎng)展開有效捕獲面積的影響，最終確定了能使網(wǎng)體維持較長展開時間且便于工程實現(xiàn)的繩網(wǎng)展開方案。研究成果可為繩網(wǎng)建模仿真提供指導，為空間繩網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計和改進提供參考。1.2空間繩網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)項目及試驗的研究現(xiàn)狀2001年，日本東京大學在“Furoshiki”項目[15-17]中，首次提出了“空間飛網(wǎng)”這一概念，該系統(tǒng)由控制分布在四角的姿態(tài)角衛(wèi)星運動來實現(xiàn)中心網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的展開，如圖1-6所示。2003年，日本東京工業(yè)大學在這種方案基礎(chǔ)上進行了改進，提出了由三個可控衛(wèi)星及相互牽引的系繩共同作用實現(xiàn)中間折疊網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的展開方案，如圖1-7所示[18]，結(jié)合仿真研究和實驗校驗分析了系繩在中間繩網(wǎng)展開過程中的作用。2001年，ESA提出了用于抓捕地球同步軌道上的廢棄衛(wèi)星，并將其轉(zhuǎn)移到墳墓軌道的ROGER（RoboticGeostationaryOrbitRestorer）計劃[19]。在該計劃中，飛

哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文2較大；直接彈射展開方式靠質(zhì)量塊初始動能來維持網(wǎng)面構(gòu)型，彈射大型繩網(wǎng)時火工裝置產(chǎn)生的沖擊波將對衛(wèi)星平臺的姿態(tài)造成大幅度擾動；旋轉(zhuǎn)展開依靠系統(tǒng)初始慣量保證網(wǎng)體的展開，在低沖擊發(fā)射展開和長時間在空間保形方面有重要的應用潛力。圖1-2輕型抓捕機械臂圖1-3對接抓捕概念圖圖1-4繩爪捕獲概念圖圖1-5柔性網(wǎng)捕獲概念圖綜上所述，本文針對幾種空間繩網(wǎng)旋轉(zhuǎn)展開備選方案，建立了描述網(wǎng)臂旋轉(zhuǎn)展開過程的動力學解析模型并比較了方案在工程上的易實現(xiàn)性；通過有限元手段對不同方案的繩網(wǎng)展開過程進行了仿真研究，并與解析模型進行對比驗證；仿真分析了幾種繩網(wǎng)網(wǎng)型、旋筒控制方案及其力矩加載策略、受擾狀態(tài)對繩網(wǎng)展開有效捕獲面積的影響，最終確定了能使網(wǎng)體維持較長展開時間且便于工程實現(xiàn)的繩網(wǎng)展開方案。研究成果可為繩網(wǎng)建模仿真提供指導，為空間繩網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計和改進提供參考。1.2空間繩網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)項目及試驗的研究現(xiàn)狀2001年，日本東京大學在“Furoshiki”項目[15-17]中，首次提出了“空間飛網(wǎng)”這一概念，該系統(tǒng)由控制分布在四角的姿態(tài)角衛(wèi)星運動來實現(xiàn)中心網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的展開，如圖1-6所示。2003年，日本東京工業(yè)大學在這種方案基礎(chǔ)上進行了改進，提出了由三個可控衛(wèi)星及相互牽引的系繩共同作用實現(xiàn)中間折疊網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的展開方案，如圖1-7所示[18]，結(jié)合仿真研究和實驗校驗分析了系繩在中間繩網(wǎng)展開過程中的作用。2001年，ESA提出了用于抓捕地球同步軌道上的廢棄衛(wèi)星，并將其轉(zhuǎn)移到墳墓軌道的ROGER（RoboticGeostationaryOrbitRestorer）計劃[19]。在該計劃中，飛

【參考文獻】：
期刊論文
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[8]空間繩網(wǎng)多收口質(zhì)量塊收口過程動力學分析[J]. 郭吉豐,易琳,王班,周衛(wèi)華.  宇航學報. 2017(07)
[9]一階偽線性系統(tǒng)的模型參考輸出跟蹤控制[J]. 許剛,段廣仁.  控制與決策. 2017(08)
[10]空間飛網(wǎng)系統(tǒng)牽拉模式影響研究[J]. 高慶玉,張青斌,唐乾剛,豐志偉.  國防科技大學學報. 2017(02)

碩士論文
[1]自旋目標抓捕的軌跡規(guī)劃及捕獲后復合體的控制[D]. 胡忠華.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[2]基于渦卷彈簧纏繞自鎖性能的鎖緊釋放裝置研制[D]. 姜晗.哈爾濱工業(yè)大學 2016



本文編號：3121733