空间对接过程的仿真研究

分析了内翻式异体同构周边式对接机构的接触形式，控制模型和力学模型，建立了对接过程的动力学仿真模型。利用试验数据对该模型进行了验证，并在此基础上进行对接过程的仿真研究。     

对接机构分系统研制

介绍了我国神舟八号飞船和天宫一号目标飞行器对接试验的对接机构分系统的组成、控制时序、设计方案,以及可靠性与安全性。给出了对接机构分系统研制中总体设计、动力学仿真、试验和关键部件研制等关键技术,以及整机特性测试、连接分离试验、热真空对接与分离试验、寿命试验等验证情况。回顾了对接机构分系统的研制过程。     

对接机构综合试验台运动模拟器建模分析

空间对接机构六自由度综合试验台，是对接机构研制所必须的地面试验设备之一，用于对接机构空间对接过程的仿真试验，全面考核对接机构的捕获与缓冲校正能力。利用虚功原理建立了对接机构综合试验台运动模拟器的多体动力学模型，该模型全面地表征了六自由度运动模拟器的动力学特性，且具有简单、通用的形式，对六自由度运动平台的液压驱动系统进行了建模，从而建立六自由度运动模拟器系统模型。在建立该模型的基础上，使用Simulink对运动模拟器的位置跟踪特性进行了仿真分析，结果表明所设计的控制系统满足工程试验的需求。     

航天器爪型对接机构对接过程动力学仿真分析

航天器对接机构是完成空间在轨对接任务的核心机构,要保证成功完成对接任务,必须清楚掌握其对接过程动力学作用机理与表现。文章针对爪型对接机构的对接过程开展动力学研究,建立了考虑对接过程中的接触、摩擦及碰撞等非线性因素的对接机构动力学模型,进行对接过程的全程动力学仿真模拟,详细分析了对接过程的影响因素与作用机理,并从能量角度分析了缓冲器的工作性能,可为爪型对接机构的设计、对接初始条件确定和控制策略的制定提供参考。     

对接动力学试验台的建模与仿真研究

对接动力学试验台采用半物理仿真的方法实时模拟空间两个飞行器在设定对接初始条 件下的对接动力学过程。本文应用EASY5和ADAMS建立了包括机构动力学模型、飞行器对接动 力学解算、轨迹规划解算及运动模拟器位姿反解与液压伺服油缸等组成的对接动力学试验台 系统联合仿真模型。进行组合初始姿态偏差对接仿真,通过仿真结果对比,验证了试验台数 学模型的正确性。进行试验台精度考核仿真,再现了影响试验台精度的主要因素。该模型为 试验台研制与调试提供了重要的依据。
     

空间对接机构技术及其研制

给出了空间对接机构的传动缓冲、捕获、连接密封、结构与附件，以及控制等子系统的组成和功能，阐述了对接和分离基本过程。以及其中的备份操作。分析了对接机构的总体设计、动力学仿真、部件研制和地面试验等关键技术。     

周边式对接机构对接捕获阶段的三体力元动力学模型

在空间交会对接过程中，从首次接触碰撞到完成捕获这一阶段称为对接捕获阶段，对对接捕获阶段动力学性态的研究是空间交会对接技术的关键，建立动力学模型进行仿真是研究的一个有效途径。以有内导向瓣异体同构周边式对接机构为研究对象，从机构的物理模型出发建立了对接捕获阶段的三体力元模型。该模型考虑了缓冲系统六个方向之间的耦合和缓冲系统中齿轮等转动部件惯量的影响。并在动力学仿真软件DADS的接口上开发相应的用户模块。在DADS平台上完成对接过程的动力学仿真。     

一种空间对接机构的简化建模方法及其在实验舱侧向再对接中的应用

针对异体同构周边内翻式对接机构，从详细的传动原理及工程实践两方面说明可以建立简化的对接机构缓冲系统模型，既不损失对接机构性能特点，且简化了模型实现和计算。基于此，建立转位机构辅助实验舱侧向再对接仿真模型，给出仿真结果，并与试验结果进行对比，对比的数值和趋势一致性较好，运动量的误差值小于10%，模型仿真结果可以作为空间站侧向再对接流程设计的依据。这种简化的对接机构模型也可以用于机械臂辅助再对接动力学过程建模。     

航天器空间对接动力学分析仿真软件DODASS及其工程应用

航天器空间对接技术是发展载人航天的关键技术。本文首先简要阐述了研究空间对接动力学的目的意义、主要技术难点和攻关内容及其数学模型建立的方法和步骤;然后重点介绍了基于周边式对接机构系统的空间对接动力学模型而开发成功的DODASS分析仿真软件及其工程应用的初步仿真曲线,最后给出了可供工程设计参考的初步结论。     

空间飞行器对接动力学研究

异体同构周边式对接机构是目前飞船对接已经采用了的一种对接机构。本文详细地分析了具有这种对接机构的飞船的对接动力学。对接过程分三个阶段进行,捕获与接触;调整对接环;对接成功后的飞船姿态调整。 本文根据Jourdain—Bertrand原理推导并给出这三个阶段的对接动力学模型。同时,给出一组数字仿真结果。     

柔性锥-杆式对接机构碰撞过程仿真研究

以中小型航天器普遍采用的锥-杆式对接机构为研究对象,提出一种柔性对接锥作为缓冲系统的方案,用柔性锥变形吸收撞击能量作为缓冲。用有限元法对碰撞过程进行仿真,讨论了柔性对接锥作为缓冲系统的性能对对接过程的影响。仿真结果表明:与普通对接锥相比,柔性锥能减小碰撞力峰值50%多。     

航天器对接中接近至首次接触阶段的数值仿真

确定接触点问题是航天器对接过程中接近与接触阶段的仿真的关键问题。以内导向瓣异体同构周边式对接机构为例，给出了确定接触点的方法，建立了确定接触点的数学模型、接近与接触阶段两航天器的刚体运动方程，并对接近与接触阶段进行了数值仿真。仿真结果表明：所建立的数学模型和动力学方程是正确的。     

空间站大型机构研究综述

分析了空间站大型机构的基本类型。综述了盘绕式太阳帆版展开机构、周边式对接机构、转位机构,以及大型机械臂的工作原理、性能特点、关键技术、适用范围和典型应用性能。讨论了空间环境机构的共性技术及主要发展趋势,可为我国空间站的建设与发展提供参考。     

空间对接缓冲试验台助推装置研究

设计了一种用于空间对接缓冲试验台的新型高动态响应助推力模拟装置。介绍了助推装置的机构组成和原理,计算了助推气动系统的响应时间,并分析了助推运动过程。研究表明：该助推装置的响应速度快、精度高,助推力方向实时通过模拟飞行器的质心,满足设计要求。     

对接综合试验台轨迹规划算法研究

为实现模拟空间两飞行器对接动力学过程的对接综合试验台的平稳对接，提出了一种基于加速度控制的轨迹规划算法。给出了不同初始条件下的规划方法，以及时转动自由度的特殊处理。物理试验结果表明，规划模型能精确控制平台从初始零位运动到主被动对接机构初次接触位置，且最后时刻平台姿态与对接试验的初始条件完全吻合。该算法可直接用于对接综合试验台的控制。     

太空环境飞行器交会对接设备精测工艺方法研究

交会对接设备是实现飞行器交会对接的重要部件。它的安装精度直接影响交会对接任务的成败。为了研究太空环境下飞行器舱体压差对交会对接设备安装姿态的影响,文章根据太空环境飞行器所受压差情况,设计了地面仿太空环境试验,对某型号飞行器的交会对接设备及舱体基准进行了姿态测量,分析了由于舱体内外压差的影响而造成的设备姿态变化,并根据试验结果分析研究出一种新的地面总装精测工艺方案。     

载人航天器加压连接机构研究

载人航天器加压连接机构，按连接功能可分为对接机构、停靠机构与统一对接／停靠机构3类。目前空间应用的连接机构有俄罗斯杆锥对接机构，俄罗斯混合对接机构，导向瓣内翻式“雌雄同体（异体同构）周边装配系统”，以及美国的“通用停靠机构”。统一对接／停靠机构正在研制中，如欧洲的“国际停靠对接机构”与美国的“NASA对接系统”。文章全面、系统地分析了对接机构、停靠机构与统一对接／停靠机构的构型与特点，以及连接机构的统一性与标准化问题。     

ARCADE small-scale docking mechanism for micro-satellites

The development of on-orbit autonomous rendezvous and docking (ARD) capabilities represents a key point for a number of appealing mission scenarios that include activities of on-orbit servicing, automated assembly of modular structures and active debris removal. As of today, especially in the field of micro-satellites ARD, many fundamental technologies are still missing or require further developments and micro-gravity testing.In this framework, the University of Padova, Centre of Studies and Activities for Space (CISAS), developed the Autonomous Rendezvous Control and Docking Experiment (ARCADE), a technology demonstrator intended to fly aboard a BEXUS stratospheric balloon. The goal was to design, build and test, in critical environment conditions, a proximity relative navigation system, a custom-made reaction wheel and a small-size docking mechanism.The ARCADE docking mechanism was designed against a comprehensive set of requirements and it can be classified as small-scale, central, gender mating and unpressurized. The large use of commercial components makes it low-cost and simple to be manufactured. Last, it features a good tolerance to off-nominal docking conditions and a by-design soft docking capability.The final design was extensively verified to be compliant with its requirements by means of numerical simulations and physical testing. In detail, the dynamic behaviour of the mechanism in both nominal and off-nominal conditions was assessed with the multibody dynamics analysis software MD ADAMS 2010 and functional tests were carried out within the fully integrated ARCADE experiment to ensure the docking system efficacy and to highlight possible issues. The most relevant results of the study will be presented and discussed in conclusion to this paper.