模块化桁架索网天线找形与展开动力学研究

为了对单模块桁架索网天线展开动力学进行建模,首先,基于力密度法提出一种考虑桁架弹性变形的索网找形方法:渐近迭代力密度法;其次,基于绝对节点坐标法建立桁架刚柔耦合模型,采用等几何分析方法建立索网非线性有限元模型,进而根据第一类拉格朗日方程建立天线刚柔耦合系统动力学方程,并采用广义–α方法对动力学方程进行高效数值积分;最后,对桁架索网天线展开过程的动力学特性进行了研究和分析。研究结果表明:索网找形方案满足天线反射面形面精度要求,得到均匀的索段张力分布;展开过程中桁架竖杆应力最大,在展开末段,驱动滑块对桁架产生较大冲击。     

航天器桁架结构拓扑优化设计

对带有附加结构的卫星主桁架结构进行了拓扑优化设计。优化的目的是在满足结构柔度和基频约束条件下使结构体积(结构质量)最小。对优化时可能存在的重频优化问题,采用半定规划法建立了结构优化模型,该方法可回避重频情况下敏度分析所带来的困难,对有无重频问题均适用。对附加结构的刚度及质量对拓扑优化结果的影响进行了讨论,并进行了多方案设计和比较。对桁架结构拓扑优化中常见的次元问题进行了分组处理,在满足卫星力学性能指标前提下,大幅度降低了桁架结构的质量,获得了工程适用的结构设计方案。     

展开桁架天线热致振动数值分析

对一展开桁架抛物面天线, 利用有限元法, 建立瞬态热平衡方程, 针对空间天线和热致振动的特点, 提出温度场在时间域上收敛于正确解和稳态解的收敛准则; 利用节点温度, 模拟热动力荷载, 对天线典型节点热致振动位移和天线形面精度进行了数值分析. 研究表明, 热致振动发生在热动力荷载急剧变化的初时阶段, 合适的阻尼和结构形式可以消除热致振动; 结构的热致振动响应, 主要集中在结构固有振动特性中的各向主振动; 由热致振动引起天线形面精度误差, 呈现由急剧振动趋于静态的特性, 但初始的振动幅值较大.      

基于模态滤波器的柔性智能桁架结构振动主动控制实验研究

基于模态滤波器技术和最优控制理论 ,在测量加速度的情况下 ,采用独立模态空间控制方法研究了空间柔性智能桁架结构的振动主动控制问题。在研制了智能桁架结构的基础上 ,基于计算机控制系统理论 ,采用加速度测量进行了柔性智能桁架结构的实时计算机振动主动控制实验研究。实验结果表明该控制方法是行之有效的     

阵列射流空间填充水滴形Kagome桁架的靶面冷却性能多目标优化

近年来随着4D打印技术的兴起,力学性能优异的Kagome桁架结构作为新型的扰流单元逐步应用于高换热设备。针对火焰筒中的阵列射流结构,在其射流空间置入水滴形Kagome桁架结构,通过试验验证数值模拟方法;采用数值模拟计算方法,研究了结构参数对靶面换热特性的影响;基于计算数据,拟合了靶面努塞尔数和压损的关联式,并计算出在该结构参数范围下的最优结构。结果表明,拟合二阶响应面模型准确,预测误差小于1.70%。桁架单元结构参数d和α对平均努塞尔数Nu_ave的影响比较显著,d、α、β²和α*β对压损系数C_p的影响比较显著。在最优结构参数d=1.000 mm,α=45.001°,β=46.623°的情况下,Nu_ave、C_p和综合影响因子F的优化结果与模拟结果误差分别为1.24%、0.18%和1.20%。优化件相比于试验件C_p减少了0.93%,Nu增加了12.78%,F增加了13.13%。     

大型挠性结构基于独立模态空间的模糊PID控制

模糊控制器对于复杂不确定系统的控制具有很强的适应性,将模糊逻辑和PID控制器结合起来用于解决一类大型挠性结构空间桁架这一复杂系统的振动控制问题;并结合结构振动常用的独立模态空间控制方法,克服大型空间桁架不能建立精确的数学模型所带来的弊端,有效地抑制了由于模态溢出或耦合产生的差拍现象。仿真结果表明这一模糊PID控制器对于高阶、非线性的大型空间桁架振动控制是有效的。     

可展桁架天线温度场和热变形分析

对一个可展桁架式抛物面天线,利用有限元法,将可展支撑桁架划分为一维辐射-导热杆单元,将反射面划分为二维辐射-导热三角形膜单元,以此模型,计算和分析可展桁架天线在空间环境中的温度场和热变形,得到了可展桁架天线温度场和热变形特点,以及可展支撑桁架对天线整体温度场和热变形的影响．     

充气薄膜桁架的协同折叠设计及展开过程仿真

充气薄膜桁架结构可应用于大型空间充气薄膜航天器的展开部件和支撑结构。研究了充气薄膜桁架结构的协同折叠设计方案，首先推导了蒙皮结构的折叠状态几何公式，然后设计充气桁架的折叠方案，以几何适应于蒙皮结构折叠状态。建立了协同折叠设计方法，并得到了参数化模型。方案实现了横向和纵向同时折叠，横向折叠率为267，纵向折叠率为882。基于改进的弹簧 质点系统，完成了充气薄膜桁架结构的充气展开动力学仿真，得到了展开动力学行为和参数。仿真结果表明展开过程平稳可靠，未发生各构件间的物理干涉，从而评估了协同折叠设计方案的合理性，为此类结构的工程应用提供了技术支撑。     

空间细胞机器人面向桁架在轨攀爬步态分析

面向空间在轨装配维修过程中的攀爬移动问题，基于空间细胞机器人(CSR)理念，提出连接细胞、转动细胞、末端执行细胞三种基本细胞单元。利用图论和拓扑学原理，在关联矩阵的基础上进行改进得到一种细胞迁移矩阵，直观准确地表达细胞机器人任意构型，以及不同节点之间的组织迁移过程。考虑桁架应用环境和细胞机器人自身的特点，划分出三种广义双杆攀爬工况，能够覆盖所有桁架攀爬任务需求。利用基于旋量理论的指数积公式进行不失一般性运动学分析。基于一致性、重复性以及无干涉原则，针对每种攀爬工况提出相应的攀爬步态，进行数值仿真分析，对比不同步态细胞机器人的关节力矩、能耗以及末端轨迹所占据工作空间等参数。仿真结果对空间机器人在轨攀爬路径规划以及控制方式的研究具有重要理论意义和工程价值。