一种微型航天器对接机构的设计研究

针对立方星级别的微型航天器在轨对接任务,提出了一种通用对接机构的设计方案。方案采用捕获连接功能一体化设计,利用连接构件在对接靠近阶段形成捕获对接通道,提高了对接初始姿态偏差适应能力和相对姿态校正能力,并引入电磁力辅助对接过程。利用ADAMS软件对对接过程进行动力学仿真分析,结果表明,该设计方案能够实现可靠捕获和连接,完成两微型航天器的对接。     

针对月球探测任务的新型对接方式研究

根据月球探测任务的需求,在传统碰撞式对接和空间机械臂辅助式对接的基础上,结合当前智能化技术的迅速发展,提出了一种轻量化、智能化、简单可靠的新型对接方式,即基于小型的智能捕获机构实现自主捕获和缓冲等对接功能。对系统方案的实现方法、构型设计和安装布局等方面进行了研究,并通过仿真来验证技术的可行性。运动学仿真结果表明该方式能够顺利完成自主捕获任务;动力学分析结果表明,经过自主缓冲后,该方式能有效降低末端六维力和电机力矩值。研究成果可为月球无人探测和载人探月任务的实施等提供技术参考。     

基于阻抗控制的空间机械臂目标捕获技术研究

针对7自由度空间机械臂在目标捕获过程中的应用,根据机械臂末端执行器与目标适配器导向插入过程中存在接触碰撞的特点,提出一种阻抗控制方法,将机械臂末端测量的反作用力和力矩转化为位置增量,从而提高机械臂的主动柔性。并建立MATLAB/ADAMS联合仿真模型进行仿真验证,利用ADAMS的碰撞模型模拟接触捕获时的力学过程。仿真结果表明,本文提出的阻抗控制方法可以减小机械臂末端作用力和关节的驱动力矩,补偿了机械臂位置控制的误差,从而保证了机械臂对目标的捕获精度。     

一种长行程小型化对接机构设计与分析

针对故障航天器和太空垃圾的在线对接与操作问题,基于非合作目标对接技术的要求和特点,提出了一种以卫星远地点发动机喷管为对接接口的长行程小型化的对接机构方案。设计了对接机构的具体结构并建立其三维模型,并根据此模型,对对接机构的包络范围进行了求解分析;使用ADAMS软件对机构进行了动力学仿真,研究了对接过程中目标喷管的运动学特性,分析了末端机构与目标的碰撞接触情况及机械臂中各关节受力情况。计算与仿真结果表明:所提对接机构能够对目标进行有效、可靠的对接。     

空间飞行器对接机构分离的动力学仿真

空间对接技术属于航天工程重要的研究领域,在地面条件下如何实现六自由度对接机构的模拟则是其关键技术之一。本文建立了空间飞行器对接机构在分离过程中的动力学模型,利用MSC.ADAMS/View建立了对接机构的虚拟样机模型并通过动力学仿真得到了系统的动力学响应。最后,结合动力学模型与仿真结果,研究总结了对接机构在重力影响下的姿态变化规律。本文研究为航天器对接与分离时的姿态动力学分析和对接机构的设计优化提供了理论依据。     

空间机械臂绳索式末端执行器柔顺抓捕策略研究

针对机械臂抓捕非合作目标过程碰撞冲击大易造成基体偏转或目标逃逸的问题,提出并实现了快速接近-慢速接触-速度跟踪(FA-SC-VT)的末端捕获策略,并基于建立的系统全数字仿真模型对捕获策略进行了仿真验证,结果表明FA-SC-VT捕获策略与匀速捕获策略相比,可大幅减小机械臂捕获目标过程末端产生的冲击力,并可有效解决目标捕获过程中的逃逸问题。     

空中加油对接过程的动力学建模与仿真

空中加油的成功与否主要依赖于加油锥套与受油插头的顺利对接,对对接过程中产生的动力学行为的研究是实现顺利对接的前提。利用多刚体系统动力学建立对接过程的动力学模型,求解出加油锥套与受油装置间的广义速度;并依据建立的接触动力学模型,得到局部接触点间的相对速度。基于非线性连续碰撞理论,提出对接过程中碰撞力的计算方法,并在机械系统动力学仿真软件ADAMS的环境下,构建加油锥套和受油装置的对接虚拟样机。通过对虚拟样机的动力学仿真,得到了对接过程中的碰撞力及速度响应曲线,同时,得出能够实现成功对接时各参数的具体范围。结果表明,制约对接成功的主要参数是初始相对速度、加油锥套的俯仰角和相对偏距。该研究对空中加油的对接和受油机的导航控制具有重要的意义。     

航空发动机反推作动器楔形缓冲结构研究

为了削弱航空发动机反推作动器在展开过程末端的强烈机械冲击，将楔形液压缸缓冲结构应用于该反推作动器。本文建立了该反推作动器节流缓冲的数学模型和Simulink仿真模型，对该作动器在缓冲过程中的速度特性和时间特性进行仿真，分析了速度和压力对其缓冲特性的影响。研究结果表明，本文提出的楔形缓冲结构有助于减小航空发动机反推作动器活塞与筒体的碰撞速度，能有效削弱工作末端的冲击；在保证运行速度不变的前提下，可以通过适当降低系统的通油压力来提高反推作动器的节流缓冲效果。     

基于3RRS-Bricard复合空间捕获系统运动学分析

面向跨尺度、目标多样化的空间捕获任务,融合Bricard和3RRS机构的折展特性和几何特点对复合捕获系统运动学进行了分析。基于捕获系统的自由度和构型特点分析,通过构建Bricard与3RRS间的转换关系实现了捕获系统各机构间的运动学解耦。根据六棱柱模型,引入Bricard虚拟顶点,设计了面向复合空间捕获系统的运动学求解方法。在仿真环境下搭建捕获系统的运动学和动力学模型,并开展针对动态捕获目标的轨迹跟随实验。通过与基于闭环约束的阻尼最小二乘法（DLS）对比,验证了该运动学求解算法的有效性和先进性。实验结果表明,捕获系统可实现平稳的协同控制,运动过程中位置跟随精度优于4 mm,姿态精度优于0.035 rad。     

3R-3URU可展单元机构及其在构架式可展天线中的应用

提出了一种空间单自由度(DOF)可展单元机构3R-3URU。首先,基于螺旋理论和修正的G-K公式分析了RURUR单闭环机构的自由度,建立了该机构中主动关节和被动关节速度之间的解析关系式,基于此关系式和3个RURUR机构共用首尾转动副的结构特点推导了3R-3URU单元机构的自由度,得到了3R-3URU机构具有1个自由度时各运动副的方向和位置满足的几何关系式。其次,将3R-3URU机构应用于3RR-3RRR四面体可展单元及其组成的球面构架式可展天线中,得到了具有收拢和调姿两种自由度的新型可展机构。最后,利用Adams软件对3R-3URU可展单元机构的自由度和其在四面体构架式可展天线中的应用进行了仿真验证。该3R-3URU可展单元机构具有单自由度、铰链种类少、结构简单等优点,可用于曲面构架式可展天线的支撑机构中,实现大折叠比。     

地球交会对接任务发射时刻分析

为减少交会对接过程中轨道面修正的推进剂消耗,考虑到地球交会对接任务中两航天器高度差异带来的升交点漂移速度差异的影响,对追踪航天器发射时刻选取进行了分析,提出了精确发射时刻的迭代计算方法。仿真结果表明该计算方法能够快速精确地得到交会对接任务发射时刻。     

重复使用运载火箭机构电涡流阻尼技术应用及思考

重复使用航天运载器是航天运输系统发展的重点目标之一,机构技术是运载火箭多功能化、可复用化发展的重要支撑,其减震缓冲功能对阻尼机构有着广泛的需求。电涡流阻尼是一种基于电磁感应原理的非接触式的阻尼产生方式,具有无磨损、无漏液、性能稳定、可靠性高、维护性好、便于长期贮存等优势,并且是一种电涡流阻尼原理的速度型阻尼机构,在车辆制动、建筑减振等工程领域中应用广泛。本文对永磁体电涡流阻尼器的基础原理进行了阐述,按直线式、轴向旋转和径向旋转进行分类,并分析了应用的材料类型。研究了重复使用运载火箭在展开缓冲、抑振隔振、冲击缓冲、主动控制等方面对阻尼机构的需求,详细分析了电涡流阻尼技术在运载火箭机构设计领域的应用现状和发展前景。     

航天器空间对接位置视觉测量方法

针对航天器空间对接过程中对接环位置的实时测量问题,提出了一种基于单目视觉的对接环识别定位新方法.通过将采集到的目标图像序列RGB信息转换到HSV色彩空间,以图像色调值为判据,实现了航天器空间对接环目标特征的有效提取.结合最小二乘椭圆拟合算法和小孔成像理论,建立了单目视觉的对接环识别定位模型,以完成航天器空间位置的精确计算.仿真结果表明,航天器近距定位可达到小于2 cm的精度,完全能够满足对接的精度要求.     

叶片飞失转子动力特性及支承结构安全性设计

针对航空发动机在叶片飞失极限载荷下的支点载荷控制问题,建立综合考虑冲击、惯性非对称、减速过临界等多种力学过程的支点动载荷响应分析方法;提出针对止推支点的缓冲阻尼支承结构安全性设计,该结构可以通过控制支承结构的刚度、阻尼参数,调整转子系统动力特性,降低转子临界转速。通过支点动载荷响应分析方法定量评估缓冲阻尼结构对降低支点动载荷的有效性。通过试验证明转子系统在冲击-减速过程中对支点载荷的影响因素。结果表明:叶片飞失所产生的冲击作用和减速过临界过程是威胁支承结构承载能力的主要因素。采用缓冲阻尼支承结构能够使叶片飞失下转子系统的支点动载荷降低至20%,是一种有效的支承结构安全性设计。     

折叠翼缓冲装置参数确定分析

对某折叠翼所采用的金属橡胶缓冲器的设计参数进行了研究。本文采用准静态接触有限元分析与ADAMS动力学仿真结合的方法,将刚体动力学接触碰撞刚度与有限元接触刚度相融合,确定了等效的缓冲装置线弹性材料参数,最后得到了不同驱动力与缓冲装置组合下折叠机构展开到位的冲击载荷,可为展开机构设计及缓冲装置工程研制提供参考。     

在轨服务的相对运动耦合动力学建模与分析

研究在轨服务航天器逼近与捕获目标航天器的相对轨道姿态耦合动力学建模问题。考虑航天器姿态与对接位置的运动耦合,建立目标运行在任意轨道下的相对轨道姿态耦合动力学模型,并对模型中的运动耦合进行深入分析。设计一种非线性的输出反馈姿态控制律,将建立耦合动力学模型与CW方程进行仿真比较,验证轨道与姿态的运动耦合对两航天器对接点之间相对位置的运动影响。     

航天器联接系统发展综述

综述国外航天器联接系统的任务、组成与设计求,对接机构的类别与主组成部件及停靠捕获机构。结合国际空间站的应用与未来航天任务的需求,分析典型联接系统的技术特点及联接系统的发展趋势。     

空间对接动力学试验台控制与精度考核

空间对接动力学试验台,采用半物理仿真方法模拟两个航天器对接的动力学过程,但试验台仿真周期和模拟器响应滞后会造成试验台仿真精度失真和不稳定,为此提出了基于对接撞击力辨识补偿的控制算法。建立从油缸伸长量到撞击力之间的映射关系,并通过实时辨识来拟合撞击力偏差进行补偿。依据空间对接动力学原理设计试验台精度考核试验,精度考核仿真及试验结果表明,该控制算法有效提高试验台仿真精度和对接过程稳定性。     

空间对接动力学试验台控制与精度考核简

空间对接动力学试验台,采用半物理仿真方法模拟两个航天器对接的动力学过程,但试验台仿真周期和模拟器响应滞后会造成试验台仿真精度失真和不稳定,为此提出了基于对接撞击力辨识补偿的控制算法.建立从油缸伸长量到撞击力之间的映射关系,并通过实时辨识来拟合撞击力偏差进行补偿.依据空间对接动力学原理设计试验台精度考核试验,精度考核仿真及试验结果表明,该控制算法有效提高试验台仿真精度和对接过程稳定性.     

斜向弹性支撑飞船座椅缓冲性能

当出现具有较大水平速度的斜冲击着陆工况时,飞船座椅头盆向冲击过载可能危及航天员生命安全。在现有的胸背向着陆冲击过载缓冲机构的基础上,引入座椅斜向弹性支撑模型,建立了斜向弹性支撑座椅缓冲系统的动力学模型。对具有较大水平速度的斜冲击着陆工况的仿真结果表明,相比于现有的铰接支撑缓冲系统,适当参数组合下的斜向弹性支撑座椅缓冲系统能有效降低航天员头盆向冲击过载且不增加胸背向冲击过载;综合支撑角度、刚度和阻尼各个参数影响规律,可以得到优化的座椅设计方案。