空间索网天线展开递推动力学建模方法研究

针对大型空间可展开天线自由度多、非线性强特点,为对其展开实施有效控制,提出一种周边桁架空间机构的多自由度系统快速递推建模方法。用有限段方法处理杆件弹性部分,用等效力矩代替腹杆的驱动和锁定作用,将周边桁架双重闭环构型等价为链式多体系统。对索网大型天线用空间算子代数递推建模,求解动力学响应可模拟获得天线变形的运动和所需各驱动力矩。数值算例中获取了加速段和减速段关节空间的角位移和角速度,以及关节空间驱动力矩。研究表明该法是一种高精度、高效率的动力学递推建模方法,可适于大型可展开机构的快速计算,对实际工程中天线展开的参数设计和力学分析有一定的指导意义。     

环柱式天线展开过程耦合动力学分析

针对环柱式天线展开过程中斜拉绳索释放运动与桁架展开运动之间耦合动力学分析困难的问题,采用非线性欧拉梁单元对斜拉绳索建模,基于几何精确梁理论对环形桁架建模,提出了环柱式天线多体系统模型,实现了结构展开过程中绳索释放与桁架展开耦合动力学的精准仿真,揭示了绳索柔性等因素对桁架伸展起阻碍作用的机理。仿真结果表明,在环柱式天线展开过程中,减小绳索模量,降低绳索直径,采用单绳索分布设计,有利于提高桁架的展开稳定性。另外,绳索柔性对桁架展开中间阶段影响最为显著。该分析结果为环柱式天线在轨展开动力学预示和优化设计提供了指导作用。     

星载大型天线反射器桁架展开动力学建模仿真

以星载大型可展开天线为对象,研究了索网绷紧前天线反射器桁架在轨展开动力学过程。对大型天线展开机构特点和展开原理进行分析,建立了反射器桁架驱动和传动机构动力学模型。为避免初始时刻天线反射器切断铰约束方程雅克比矩阵奇异,以及小展开角情况下动力学方程左端系数矩阵数值性态差问题,提出了基于几何的替代约束求解方案。对星载大型天线在轨展开动力学过程进行了数值仿真,仿真结果表明,提出的方法能够有效解决初始时刻天线反射器切断铰约束方程雅克比矩阵奇异问题。     

一种柔性多体动力学建模方法及其工程应用

针对具有多轴天线驱动、机械臂运动、空间站舱段转位等多体运动特征的航天器,提出了一种基于浮动基座和树形拓扑结构的柔性多体动力学建模方法,用于计算机建模和与控制系统联合仿真。基于拉格朗日方程和有限元方法所建立的动力学方程考虑了大角度刚体相对转动、弹性部件振动、柔性关节变形特性。将此建模方法程序化并应用于工程实际,可解决此类航天器复杂的机构运动与弹性振动的耦合动力学建模问题,实现完全自主的动力学建模、模型代码输出和控制联合仿真功能,为此类航天器的动力学特性分析及其控制系统设计与系统级仿真验证服务。结合带多轴驱动天线和大型柔性天线的整星对象,采用该方法建模并就系统频率、频率响应、时间响应与商业柔性多体软件Adams进行对比,结果显示二者一致性良好,验证了该建模方法及其软件实现的正确性和通用性。     

构架式天线柔性动力学建模与展开精度分析

构架式可展开天线具有结构非线性强、桁架系统复杂以及运动环节多等特点,通常被视作刚体系统进行建模分析。然而多刚体动力学方法在求解复杂的连杆结构时,难以处理数量大、非线性强的铰接间隙模型,因此并不能准确还原真实的结构特性,给构架式天线的地面展开验证带来很大困难。本文建立了一套适用于该型天线的柔性多体动力学模型,通过引入微小弹性形变来消除铰链间隙对天线展开的影响,并在型面精度方面与期望的天线展开模型进行了比较说明。在确保不影响结构真实性的前提下,通过降阶、引入稳定系数等手段提高了柔性体单元计算效率。通过约束方程的设计与模块拆分求解等方法,消除结构非线性的影响。解决了针对构架式可展开天线的复杂桁架系统强非线性动力学的高精度建模问题,为构架式天线的仿真提供了技术手段。     

大型抛物柱面天线展开动力学分析与展开过程控制

为揭示大型抛物柱面天线在轨展开过程中各部件的动力学特性，保障可展天线在轨展开过程稳定性，提出了一种基于模块组装的大型抛物柱面可展天线支撑机构动力学快速建模方法与非线性展开过程反馈控制策略。首先，基于绝对节点坐标法建立了天线可展支撑机构基本模块的动力学方程集与约束方程集。然后，通过子模块组装的方式实现对超大型支撑机构的动力学快速建模，并进一步提出逐块缩聚与递归的动力学微分方程高效求解算法。最后，基于非线性展开过程反馈控制策略实现了抛物柱面可展支撑机构该类强非线性系统的展开稳定控制。结果表明，该控制方法能显著降低可展支撑机构展开过程中的速度峰值，有效提高了大型抛物柱面天线展开过程中的展开同步性。     

基于AvSim+的卫星可靠性建模与分析

基于AvSim+可靠性仿真分析软件,对卫星可靠性建模和分析进行了研究。首先说明了利用AvSim+进行可靠性建模的程序,给出了卫星系统中几种常见可靠性逻辑关系的建模方法,以及软件采用的蒙特卡罗仿真运算的原理和特点。然后针对典型卫星应用本文方法进行建模和分析,给出了部分分系统的分析结果。最后比较了基于AvSim+进行卫星可靠性建模分析与传统RBD方法的特点,基于AvSim+的卫星可靠性建模分析方法能更准确表示卫星系统的可靠性逻辑关系。     

周边桁架式大型星载天线的展开可能性分析

对某周边桁架式大型星载天线的展开可能性进行了研究.在其展开运动机理分析的基础上,建立了展开机构的力学分析模型,并推导了桁架杆内力的计算式.从桁架展开要满足的功能函数出发,给出机构运动可靠性的分析模型.综合考虑尺寸误差和太空环境因素的影响,将运动功能函数视为随机变量函数,利用二阶矩法导出可靠性计算公式.最后,对机构在整个展开过程中的运动可靠性进行预测和仿真.计算结果的变化趋势与实际进程比较吻合,表明本文方法是合理的、有效的.     

基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真与试验验证

为提高卫星桁架结构设计过程的仿真建模质量,优化仿真过程对三维模型信息的利用方式和效率,文章提出一种基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真方法,并给出分别采用梁单元和壳单元建模的路径及软件界面。将该方法应用于某卫星结构的仿真建模,得到了三维有限元模型模态分析数据,其与力学试验数据的对比结果表明:横向模态分析与试验误差最大,为6.07%;各方向误差均满足指标要求。基于CAD三维模型几何特征简化处理的卫星桁架结构快速建模仿真方法合理可行,建模过程便捷、高效,数据可信。     

周边桁架式大型星载天线的展开可能性分析

对某周边桁架式大型星载天线的展开可能性进行了研究。在其展开运动机理分析的基础上，建立了展开机构的力学分析模型，并推导了桁架杆内力的计算式。从桁架展开要满足的功能函数出发，给出机构运动可靠性的分析模型。综合考虑尺寸误差和太空环境因素的影响，将运动功能函数视为随机变量函数，利用二阶矩法导出可靠性计算公式。最后，对机构在整个展开过程中的运动可靠性进行预测和仿真。计算结果的变化趋势与实际进程比较吻合，表明本文方法是合理的、有效的。     

基于比例风险模型的可靠性灵敏度分析

为了定量描述产品可靠性随环境因素的动态变化,研究了环境因素对可靠性的影响,提出了一种基于比例风险模型的可靠性灵敏度分析方法。首先利用比例风险模型描述产品可靠性水平与环境因素的定量影响关系。结合试验数据选取基准环境协变量,对比例风险模型进行变换,并利用广义线性模型给出了可靠性模型参数的极大似然估计。进而给出了产品关于不同环境因素的可靠性灵敏度,用于度量可靠性对环境因素的灵敏性。结合实例表明该方法综合利用了不同环境条件下的试验数据,提高了可靠性灵敏度分析精度,可用于分析产品可靠性关于环境因素的动态变化特征。     

星载大型网状天线非线性结构系统有限元分析

论述了大型网状可展开天线的非线性理论模型及其非线性模拟有限单元模型,并以一副4．2m天线为例进行了有限元建模分析,获得了这类天线的动力学振动特性。研究结果表明：拉索几何非线性和间隙接触非线性对大型网状天线系统的动力学特性具有较大影响。     

时变系统的一种辨识建模方法

将限定记忆法和遗忘因子法相结合，提出了一种新的、简洁且有效的时变系统的辨识建模方法一限定记忆遗忘因子法。通过仿真实例表明，这种辨识建模方法的有效性和可行性；将其用于某型号导弹动力学环节的建模也取得了较好的建模效果。     

大型星载固面天线热变形试验及仿真分析验证

星载天线在轨运行期间所经历的复杂温度环境,会使天线产生严重的热变形,从而对其电性能造成重要影响。文章根据大型星载固面天线热变形的特点,提出热变形试验与仿真一体化分析验证方法,并且将测试结果与数值仿真结果进行相互校验。该方法可为大型星载天线结构设计及验证提供参考。     

桁架结构拓扑优化系统软件开发及其在大型天线安装桁架设计中的应用

针对大型复杂桁架式承力结构的构型设计和优化问题,基于桁架结构拓扑优化的半定规划模型及算法,以MatLab为平台设计开发了桁架结构拓扑优化系统(TODOSST)软件。首先以柔度最小化问题为例给出了桁架拓扑优化的半定规划模型,通过不同目标和约束的组合构造了优化模型库;然后在MatLab环境下完成了软件的框架设计和功能模块开发;最后将软件应用于大型天线安装桁架的构型优化。结果显示:使用TODOSST软件得到的优化设计方案能够显著减小结构质量,提高结构静/动态刚度,降低内部节点弯矩水平。优化结果对工程结构设计具有重要的参考价值,同时也验证了TODOSST软件应用于桁架结构构型设计的实用性和有效性。     

空间大型载荷平台在轨构建技术探讨

针对以空间太阳能电站系统、超大面积SAR天线系统、大型在轨服务平台等为代表的巨型空间设施无法通过一次运载实现在轨构建的共性问题，通过对太空增材制造、可展开结构、可组装结构及单胞重复组装等四种大型结构在轨构建方法进行讨论和分析，归纳其优缺点，并提出一种包含单梁组装、单梁装填、单梁自动扩展、单梁截取、多梁组装、胞元填充等6个步骤的大型结构在轨构建新方案。研究结果表明，新方案可显著提高运载效率，提高在轨构建可靠性，此方法还可以用于超大型一维、二维、三维结构平台的在轨构建，为空间大型载荷平台的在轨建造提供参考。     

一种基于Kalman滤波的双电机消隙天线跟踪控制系统

首先本文给出了天线跟踪控制系统组成及原理框图，阐述了系统闭环工作流程；其次，针对天线跟踪目标过程中，跟踪接收机输出的目标与天线波束中心角误差受随机误差分量的影响，采用Kalman滤波算法对获得的实时角位置数据进行滤波处理；然后，对天线跟踪控制系统进行了建模，给出了系统动力学模型，对采用的双电机消隙设计方案进行了仿真；最后，通过挂飞试验验证了系统工作的可靠性。     

运载火箭复杂容错控制系统可靠性分析

在典型可靠性分析模型及理论基础上,建立了运载火箭复杂容错控制系统可靠性分析模型,提出了行之有效的可靠性建模方法,并进行了算例分析.结果表明,该方法能够为复杂容错控制系统可靠性评估、确定合理的系统组成以及方案优化提供良好的支撑,可在控制系统工程设计中推广应用.     

复杂系统的可靠性分析方法研究

本文对未来的运载器的复杂控制系统的可靠性建模、分配和预计的一般方法和程序及综合分析方法进行了讨论和研究。并简述了复杂系统的计算机辅助可靠性分析。     

基于螺旋理论的环形桁架式可展天线构型综合

基于螺旋理论针对环形桁架式可展天线机构的构型综合问题进行研究，首先概述基于螺旋理论的约束综合法，然后分析环形桁架可展天线机构的收展原理，将环形桁架机构分为上下环形边两部分，通过综合环形边机构并连接上下环形边便可得到环形桁架机构；采用移动副(P)来描述各个节点花盘的运动特性，通过基于螺旋理论的约束综合法针对环形边支链机构进行分析与综合，得到了16种约束支链机构，通过分析与优选得到了两种约束支链机构；采用综合得到的约束支链机构组合得到了环形边链路机构并通过连接组合与推演得到了四种环形桁架可展开机构；最后针对综合得到的四种环形桁架机构在Solidworks软件中进行了三维建模与运动仿真，校验了各机构的可展性。本文的研究为可展天线机构的构型综合提供了一种新思路，综合得到的几种环形桁架机构在空间可展开天线领域具有较好的应用前景。