本文關(guān)鍵詞：新型捕獲對接機(jī)構(gòu)仿真分析與試驗研究

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【摘要】：航天器捕獲對接技術(shù)是航天領(lǐng)域的一項關(guān)鍵技術(shù)，捕獲機(jī)構(gòu)的設(shè)計分析與仿真是實現(xiàn)太空對接任務(wù)順利完成的可靠保證。航天器之間成功捕獲對接為后續(xù)的在軌服務(wù)提供保障，并且可實現(xiàn)裝配和更換在軌模塊、太空廢棄模塊捕獲回收等任務(wù)，提高航天器使用壽命的同時又降低了航天試驗的成本。 本文參考國內(nèi)外較成熟的捕獲技術(shù)方案，針對本課題對捕獲機(jī)構(gòu)的技術(shù)要求，對應(yīng)用于在軌航天器捕獲的新型對接機(jī)構(gòu)進(jìn)行了總體方案設(shè)計以及構(gòu)型運(yùn)動學(xué)分析，機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案具有獨(dú)立的驅(qū)動控制系統(tǒng)，并對各運(yùn)動組件的運(yùn)動特性進(jìn)行分析，建立的數(shù)學(xué)模型可為后續(xù)仿真分析提供理論支撐。 本文采用了牛頓—?dú)W拉數(shù)學(xué)思想建立了航天器捕獲對接緩沖階段動力學(xué)方程，分別采用矢量法以及微分矩陣法建立了緩沖方程的數(shù)學(xué)描述，建立緩沖過程的能量傳遞方程以及捕獲拉進(jìn)階段的位置描述方程。通過計算機(jī)仿真軟件對機(jī)構(gòu)的捕獲過程進(jìn)行了動力學(xué)分析，，來驗證整個機(jī)構(gòu)設(shè)計的合理性，并通過仿真分析得到緩沖過程的力學(xué)特性曲線以及緩沖參數(shù)在取不同初始值時的變化規(guī)律，進(jìn)而確定滿足緩沖力要求時緩沖參數(shù)的取值范圍。通過仿真分析驗證機(jī)構(gòu)整體的動力學(xué)特性符合要求，同時需要對機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部件鎖爪進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析，分析結(jié)果中出現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變的危險區(qū)域，為了提高鎖爪安全可靠性進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，并進(jìn)行模態(tài)分析獲得了鎖爪各階的模態(tài)振型，優(yōu)化后的鎖爪結(jié)構(gòu)符合了安全可靠性要求。 最后對所設(shè)計的航天器捕獲對接機(jī)構(gòu)進(jìn)行試驗研究。通過試驗來驗證捕獲機(jī)構(gòu)設(shè)計的合理性，以及與各項設(shè)計指標(biāo)參數(shù)的匹配性。并對不同的初始吊裝間距的捕獲機(jī)構(gòu)進(jìn)行吊裝試驗，驗證機(jī)構(gòu)力學(xué)參數(shù)的合理性。
【關(guān)鍵詞】：捕獲對接 動力學(xué)分析 緩沖 測試 優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V526
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義11-12
• 1.1.1 課題來源11
• 1.1.2 研究的目的和意義11-12
• 1.2 航天器捕獲機(jī)構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 航天器交會對接仿真技術(shù)應(yīng)用狀況15-16
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 捕獲對接機(jī)構(gòu)總體方案設(shè)計分析18-29
• 2.1 捕獲機(jī)構(gòu)設(shè)計要求18-19
• 2.2 捕獲機(jī)構(gòu)總體方案19-22
• 2.2.1 方案總體設(shè)計19-21
• 2.2.2 機(jī)構(gòu)組件間約束關(guān)系21-22
• 2.3 典型機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析22-27
• 2.3.1 傳動機(jī)構(gòu)分析22-24
• 2.3.2 捕獲鎖緊機(jī)構(gòu)分析24-25
• 2.3.3 緩沖機(jī)構(gòu)分析25-27
• 2.4 動力元件選用27-28
• 2.4.1 傳感器選擇27-28
• 2.4.2 電機(jī)選擇28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 捕獲對接過程動力學(xué)特性分析29-43
• 3.1 對接過程力學(xué)數(shù)學(xué)模型29-30
• 3.1.1 建立模型假設(shè)條件29-30
• 3.1.2 剛體牛頓歐拉方程30
• 3.2 捕獲階段動力學(xué)特性分析30-32
• 3.2.1 緩沖力與能量方程30-32
• 3.2.2 拉近過程位置描述32
• 3.3 基于 ADAMS 的捕獲過程動力學(xué)仿真32-38
• 3.3.1 軟件環(huán)境下的模型33
• 3.3.2 定義構(gòu)件屬性和約束33-35
• 3.3.3 施加驅(qū)動及定義傳感器35-36
• 3.3.4 定義彈簧柔性體36-37
• 3.3.5 機(jī)構(gòu)仿真過程37-38
• 3.4 仿真算例與結(jié)果38-42
• 3.4.1 模型初始參數(shù)38
• 3.4.2 仿真約束條件38-39
• 3.4.3 仿真結(jié)果分析39-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第4章 關(guān)鍵部件有限元分析與優(yōu)化設(shè)計43-54
• 4.1 有限單元法分析軟件43-44
• 4.2 鎖爪靜力學(xué)特性分析44-46
• 4.2.1 鎖爪的有限元模型44-45
• 4.2.2 鎖緊后靜載荷下的分析結(jié)果45-46
• 4.3 鎖爪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計46-52
• 4.3.1 模型的參數(shù)化46-47
• 4.3.2 有限元網(wǎng)格劃分47-49
• 4.3.3 邊界條件的設(shè)定49
• 4.3.4 優(yōu)化設(shè)計結(jié)果分析49-52
• 4.4 鎖爪構(gòu)件的模態(tài)分析52-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 第5章 捕獲對接機(jī)構(gòu)樣機(jī)的試驗研究54-59
• 5.1 物理樣機(jī)54
• 5.2 樣機(jī)的測試與試驗54-56
• 5.2.1 靜態(tài)物理參數(shù)測試55
• 5.2.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動測試55
• 5.2.3 捕獲力學(xué)測試55-56
• 5.3 測試結(jié)果與分析56-58
• 5.3.1 樣機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)及運(yùn)動測試56-57
• 5.3.2 樣機(jī)力學(xué)測試結(jié)果57-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文63-64
• 致謝64

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