空间伸展机构接触碰撞的动力学分析

本文以子结构离散的柔性多体系统动力学为基础，引入与碰撞有关的约束条件导出了描述碰撞过程的柔性多体系统的动力学方程。通过仿真计算可得到空间伸展机构撞击阶段的时间，构件在碰撞阶段的动力学响应；并从与约束方程相关的Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子获得撞击力的变化规律。从而可较全面地描述空间伸展机构整个接触碰撞动力学过程。本文以伸展机构的两个构件碰撞过程的仿真为例详细介绍各种建模方法与计算方法。     

物伞系统动力学模型和讨论

文章在总结前人工作的基础上,从牛顿和kirchhoff方程出发详细推导了二、六、九、十一、十二自由度模型下的物伞系统动力学方程.利用各个模型对同一物伞系统对象进行仿真计算,通过比较不同自由度物伞系统动力学模型下的计算结果,得出不同自由度模型的差异、特点以及应用范围和计算所需初始条件.     

压电智能结构传感器/作动器位置优化研究

研究压电主动结构振动控制当中传感器／作动器的位置优化问题。从系统的状态空间方程出发，在系统可控性、可观性Grammian矩阵特征值的基础上来描述性能指标，以控制能量最小化和传感能量最大化作为优化目标，利用遗传算法（GE）进行优化计算，计算过程中对传感器／作动器的位置采用二进制编码加以描述。通过对一压电板结构的仿真计算对该方法进行了验证，优化计算结果与枚举法结果完全相符，从而证明了方法的有效性。     

系统参数对电动力绳系动力学的影响

将电动力绳系(EDT)的主星质量、子星质量、绳系质量以及绳系中的电流视为系统参数，研究这些参数对系统的摆动动力学和轨道动力学的影响。哑铃模型下的电动力绳系摆动动力学方程存在不稳定的周期解，通过Floquet理论来衡量周期解的不稳定程度，从而研究各系统参数对摆动动力学的影响。建立了用春分点轨道元素的形式描述的电动力绳系轨道动力学方程，并以降轨时间来衡量电动力绳系的降轨效率，从而研究系统参数对轨道动力学的影响。运用算例对周期解迁移矩阵的特征值、降轨时间随各系统参数的变化关系进行了仿真，分别得出了各系统参数对系统摆动动力学和轨道动力学的影响。综合本文的仿真结果，并考虑实际发射及空间运行中的其它因素，对电动力绳系的设计和降轨策略提出了建议。     

特种越野车转向杆系的运动学分析计算

特种越野车的转向性能对整车的操纵稳定性和经济性都有很大的影响，而转向性能的好坏取决于转向机构的运动学和动力学特性，因此，对转向系统进行运动学和动力学分析是十分必要的。应用ADAMS软件对某特种越野车的转向系统进行了仿真分析计算，并通过仿真分析计算得到了样机仿真与理论值的对比结果。     

自由浮动空间双臂机器人抓持内力的优化控制

运用非线性规划方法，提出了一种本体位置、姿态均不受控的自由浮动空间双臂机器人的内力优化与控制策略。首先根据空间双臂机器人及负载的动力学方程，建立了抓持系统合成动力学方程，进而将机器人各手臂关节广义驱动力矩的范数作为目标函数，内力作为优化变量，采用了序列一次规划法来解决空间机器人的动态内力优化计算问题，并对双臂六自由度空间机器人进行了内力优化控制仿真实验，结果表明了该方法的有效性。     

单翼大挠性航天器全局模态动力学建模及试验

针对小中心刚体-单侧大挠性结构构型的航天器，通过定义广义全局模态振型，提出一种全局模态动力学模型。采用统一形式描述整体刚体运动和整体挠性变形，基于哈密顿原理推导了全局模态动力学方程，结合瑞利瑞兹法推导了非约束模态频率和模态振型的计算方法。通过仿真和试验校验了全局模态动力学模型的准确性。与有限元模型对比，分析了非约束模态频率随着刚柔质量比和惯量比的变化情况，第一阶模态频率的最大误差为0.003 Hz，说明全局模态动力学模型能够比较准确地描述非约束模态频率；理论模型能够比较准确地描述动态响应，端部横向位移的最大误差为2.6%；基于气浮平台构建了试验系统，理论模型、有限元仿真和物理试验结果均比较接近，说明理论模型准确描述了非约束模态频率随刚柔耦合特性变化的规律。     

基于MPI的柔性多体系统动力学并行计算

研究解决多体系统动力学仿真计算中串行计算速度比较慢的问题。现将MPI（Message Parallel Interface）并行计算环境引入柔性多体系统动力学仿真软件cADAMB（computer Aided Dynamic Analysis of Multi Body），对其中的单向递推组集建模方法进行了并行化改造，并给出了加速比和各进程效率的估计。结果显示该并行算法能大幅度提高仿真计算的速度。     

柔性多体撞击系统的精细H∞控制系统

本文在柔性多体撞击系统动力学方程的基础上，将撞击看成是一种扰动，设计了一个稳定的控制器以使撞击扰动对控制输出的影响达到最小的目的，在分析过程中采用H∞控制原理对该问题进行了研究。在计算中，将精细积分法应用于状态动力学方程Riccati方程的求解中，使计算精度得到大幅度提高。最后通过数值例题说明了本文方法的有效性。     

基于约束运动理论的航天员舱外救生中的姿态运动控制

航天员舱外救生或作业时相对母体航天器经常要进行大角度姿态机动或姿态保持,利 用欧拉四元数描述姿态无奇异性且冗余度小。然而航天员舱外调姿时通常含有一定的约束或 是沿着某种预定轨迹,而且欧拉四元数在计算过程中可能发散。基于Udwadia和Kalaba 提出的约束运动理论,分析了航天员和航天器的相对姿态的描述方法,直接用四元数对航天 员的姿态进行动力学建模,将四元数2范数为1的约束加入到动力学方程里。利用该约束运动 理论推导和仿真了航天员姿态欧拉角奇异时的姿态跟踪控制方法。该控制方法对航天员肢体 变化引起的转动惯量等参数的改变具有鲁棒性,能通过平衡解稳定参数的选取方便地对控制 系统的性能进行调节,且计算量小。
     

舱外航天服的工效学问题及其研究方法

阐述了舱外航天服在航天员出舱活动(EVA)过程中的作用、舱外航天服工效设计对保障航天员生命安全和EVA质量的意义，以及航天服设计必须考虑的各类因素。并在此基础上探讨了航天服设计研究的主要手段与方法，强调了现阶段利用虚拟人体进行舱外航天服工效学分析的可行性。     

EVA safety design guidelines

An Extravehicular Mobility Unit is a closed and isolated environment that protects the astronaut from exposure to space environment. Eighty-four percent of the possible hardware failures occurring during Extravehicular Activity (EVA) would result in an abort of the EVA. Fifty-two percent of these failure modes would result in a loss of a critical life support function and directly compromise crew safety. Crew safety is not, however, limited to controlling hardware failures. Safety can be compromised by improper in-flight servicing or induced by interfacing equipment during EVA related activity. This paper addresses these potential hazard sources and approaches used to enhance equipment reliability and astronaut safety.     

空间机械臂抓取目标动力学与寻的制导控制

针对安装有两连杆机械臂的航天器对地球圆轨道上的空间目标已形成自由绕飞（即满足齐次C-W方程）的情形,研究通过机械臂抓取该目标的系统动力学建模与制导控制问题。在目标固连旋转参考系下,运用非惯性系下的拉格朗日分析力学,建立了两连杆机械臂系统动力学方程。忽略惯性耦合影响,对模型进行了合理简化,在此基础上设计了机械臂末端执行器即机械手抓取目标的寻的制导控制规律。然后代入原始复杂模型,进行数值仿真校验。结果表明,在机械臂载体自由绕飞空间目标的条件下,机械手能够准确地抓住目标。     

表面带电对航天员出舱活动的影响及对策分析

根据我国某载人航天器在轨飞行时的空间环境和航天器表面带电的机理,对航天器表面带电进行了仿真,并对结构切割地磁场的感应电势进行计算。在此基础上,分析了表面带电对航天员出舱的影响,以及出舱安全性防护措施,计算出主动电位控制系统最大发射电流。研究结果可为航天员出舱安全防护提供参考。     

带挠性附件航天器刚柔耦合动力学

针对有板式挠性附件的航天器，根据几何变形约束法引入有限元方法，用Lagrange方程建立系统的刚柔耦合一次近似动力学方程组。在动力学方程中获得了与大范围刚体运动有关的动力刚度项。仿真结果表明，在柔性体大范围运动时动力刚度项的影响较大，忽略动力刚度项的传统动力学建模方法会给出错误结论。     

考虑臂杆柔性的空间机器人逆动力学仿真研究

本文在考虑臂杆柔性的情况下，利用拉格朗日公式推导出空间机器人操作臂的动力学方程。基于所得到的非线性模型，在最优控制理论的基础上，用Ｔｒｅａｎｏｒ法结合打靶法研究了其动力学逆问题的解法及振动的有效控制问题，并以平面二臂杆空间机器人操作臂为例进行了逆动力学仿真的研究，仿真结果很好。     

Extravehicular activity training and hardware design consideration

Preparing astronauts to perform the many complex extravehicular activity (EVA) tasks required to assemble and maintain Space Station will be accomplished through training simulations in a variety of facilities. The adequacy of this training is dependent on a thorough understanding of the task to be performed, the environment in which the task will be performed, high-fidelity training hardware and an awareness of the limitations of each particular training facility. Designing hardware that can be successfully operated, or assembled, by EVA astronauts in an efficient manner, requires an acute understanding of human factors and the capabilities and limitations of the space-suited astronaut. Additionally, the significant effect the microgravity environment has on the crew members' capabilities has to be carefully considered not only for each particular task, but also for all the overhead related to the task and the general overhead associated with EVA. This paper will describe various training methods and facilities that will be used to train EVA astronauts for Space Station assembly and maintenance. User-friendly EVA hardware design considerations and recent EVA flight experience will also be presented.     

A glimpse from the inside of a space suit: What is it really like to train for an EVA?

The beauty of the view from the office of a spacewalking astronaut gives the impression of simplicity, but few beyond the astronauts, and those who train them, know what it really takes to get there. Extravehicular Activity (EVA) training is an intense process that utilizes NASA’s Neutral Buoyancy Laboratory (NBL) to develop a very specific skill set needed to safely construct and maintain the orbiting International Space Station. To qualify for flight assignments, astronauts must demonstrate the ability to work safely and efficiently in the physically demanding environment of the space suit, possess an acute ability to resolve unforeseen problems, and implement proper tool protocols to ensure no tools will be lost in space. Through the insights and the lessons learned by actual EVA astronauts and EVA instructors, this paper will take you on a journey through an astronaut’s earliest experiences working in the space suit, termed the Extravehicular Mobility Unit (EMU), in the underwater training environment of the NBL. This work details an actual Suit Qualification NBL training event, outlines the numerous challenges the astronauts face throughout their initial training, and the various ways they adapt their own abilities to overcome them. The goal of this paper is to give everyone a small glimpse into what it is really like to work in a space suit.     

柔性多体航天器单向递推组集建模方法

本文提出一种面向计算机建立柔性多体航天器动力学方程的新方法，其特点是完成运动学正向递推同时实现动力学方程的组集。这种方法不仅可提高航天器、空间机械臂动力学仿真的计算效率，而且可有效地克服数值积分病态的困难。文末一个空间四杆柔性机械臂的算例验证了这种建模方法的上述优点。     

金属氢化物冷源传热传质分析

为了验证冷源系统是否能满足出舱航天服的需要，本文针对一套开放式金属氢化物冷源系统，建立数学模型，对其制冷和再生阶段的传热传质过程进行了分析。研究结果表明，金属氢化物热泵能够满足宇航员出舱活动中的散热要求，其体积与水升化器相当，质量损失小，并且能够通过控制反应床的压力调节出口水温，可控性良好，而在返回舱内后，调节冷却水流量，反应压比，可以使氢化物在30min内再生。