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。     

考虑根铰间隙的空间框架展开机构动力学分析

利用Kane法多体动力学基本理论并考虑根铰间隙影响因素,建立适用于空间柔性太阳电池阵的多框架展开机构多体系统动力学模型,对框架展开机构的展开方式和展开过程进行仿真分析,获得了机构组成部件在展开过程中的几何位置、速度、加速度等动力学特性,分析了框架展开机构各个关节点运动特性、铰链间隙与外部驱动力的相互作用规律。结果表明：合理控制框架展开机构各运动部件的驱动力矩是保证框架按照确定规律展开的必要条件;根铰间隙对太阳电池阵框架展开机构角加速度影响较为明显,进而影响到展开框架展开过程的稳定性,对转角和角速度几乎没有影响;在进行空间太阳电池阵框架展开机构设计时应严格控制铰链轴间隙,并通过动力学仿真校核间隙对太阳电池阵展开过程的影响;研究结果为空间柔性太阳电池阵多模块框架展开机构设计提供指导。     

大型空间电站在轨展开与组装动力学与控制

针对大型空间电站在轨展开与组装过程中复杂的动力学环境,将桁架类大型空间电站视为一个刚柔多体系统,采用自然坐标法对刚性构件建模,基于绝对节点坐标方法描述柔性桁架结构,编写了一套动力学仿真软件,实现了大型空间电站在轨展开与组装动力学的精确仿真.仿真结果表明,采用摆线运动插值函数作为控制方程有利于提高多级展开过程的稳定性;在...     

用Kane方法建立的空间站大型伸展机构柔性多体动力学模型

本文采用Ｋａｎｅ方法建立了空间站大型伸展机构柔性多体系统动力学模型。该模型考虑了系统的轨道运动、姿态运动、构件伸展运动和构件弹性运动，通过约束矩阵建立系统的约束关系，所得方程具有程式化特点，便于计算机编程。该模型还可适用于空间飞行器、地面车辆、复杂机械等多体系统。     

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。     

航天器柔性多体系统动力学的高效建模方法

以航天器为工程背景,提出了一种高效建模方法。文中采用有限元离散和模态叠加法描述部件的弹性变形。用铰链相对坐标建立了相邻柔性体之间的递推运动学方程。利用递推运动学方程、柔性体的牛顿—欧拉方程和铰链的约束特性,构造了单链多体系统动力学问题的递推算法。对树状多体系统的拓扑结构进行了研究,提出了研究树状多体系统动力学问题的求解过程控制方法,从而实现了树状多体系统与链式多体系统的统一,使得对单链多体系统建立的递推动力学方程能够直接用于求解树状多体系统的动力学问题。     

空间可展结构非线性动力学特性实验研究

由于可展结构在运动过程中的时变性，特别是干扰所引起的非线性动力学特性，涉及许多深层次尚在探讨的动力学问题。为了考察间隙非线性对系统动力学性能的影响，本文对空间可展结构进行了动力学实验研究。实验结果表明理想结构与实验结构存在较大差异，铰接间隙等非理想机械因素导致系统复杂的非线性动力学行为，使系统的动力学性能下降。     

可抛式延伸喷管展开过程运动与动力学仿真(英文)

针对固体火箭发动机可抛式延伸喷管运动机构的特点,建立了包括展开装置、释放机构、折转片等在内的延伸喷管整机模型。根据试验结果建立了燃气展开力样条曲线,利用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS进行了延伸喷管展开动力学仿真,获取了延伸喷管运动构件的运动特性和约束的约束反力等结果。结果表明,运用ADAMS动力学仿真分析软件对延伸喷管展开过程中的动力学响应进行仿真分析是可行的。     

考虑区间叠加不确定间隙的空间可展机构动力学研究

本文建立了考虑不确定间隙空间可展机构动力学模型，通过对不确定间隙进行描述，结合传统接触模型提出含不确定区间间隙的接触力模型，并将其嵌入展开单元动力学模型，通过切比雪夫区间求解对含区间系统动力学模型进行求解，针对区间求解中启动阶段估计不准、区间叠加误差过大、区间整合的问题与展开单元叠加问题，提出了相适应的区间扩张、局部均值分解与瞬时叠加方法降低区间求解误差，并给出区间间隙累加下动力学响应边界。结果表明:区间间隙大小主要对系统运动精度产生较大影响，而区间间隙数量对系统运动稳定度影响较为严重。区间叠加方法相比于传统拟合方法可进一步提高空间可展机构预示精度，相较于传统拟合结果可提高7.74%。     

含间隙卫星天线双轴定位机构动力学仿真分析

以某卫星天线双轴定位机构为对象,研究运动副间隙对天线定位系统运动特性的影响,采用非线性等效弹簧阻尼模型建立间隙处的接触碰撞模型。同时采用Coulomb摩擦模型考虑运动副间隙处的摩擦作用,并将其嵌入到ADAMS多体系统动力学分析软件中,基于虚拟样机技术建立了含运动副间隙的卫星天线双轴定位机构动力学模型,并采用ADAMS进行了动力学仿真,分析运动副间隙对天线双轴定位机构动力学特性的影响,以及间隙大小对双轴定位机构动力学特性的影响。仿真结果表明,运动副间隙对卫星天线双轴定位机构运动特性有显著的影响,可以较好的预测运动副间隙对双轴定位机构的影响。     

含间隙铰链的非线性动力学建模及数值分析

针对空间可展开机构中的含间隙铰链,建立非线性动力学模型,研究其非线性动力学特性。将含间隙铰链实体等效为"T"字型梁模型,针对两侧端部的径向碰撞和侧向碰撞,首次提出了碰撞点的检测算法。针对不同的碰撞类型,建立相应的非线性接触力和摩擦力分析模型,将碰撞点处的作用力等效施加到"T"字型梁模型上。进行"T"字型梁模型在轴向冲击载荷下的动力学特性分析,并与ANSYS软件的分析结果进行比较,验证了含间隙铰链非线性动力学模型的有效性。分析了有多个含间隙铰链的可展开桁架动力学响应特性,研究含间隙铰链对桁架响应的影响机理。结果表明:采用含间隙铰链的动力学模型,可以更加精确地分析可展开桁架结构的非线性动力学响应,为可展开桁架结构的动力学设计提供支撑。     

采用系统模态时柔性航天器的混合坐标动力学方程

首先建立了采用任意浮动参考架时的柔性航天器动力学方程,然后选择连体坐标系为浮动参考架,解所得到的动力学方程的特征值问题,得到整个航天器系统的系统模态。通过模态变换,得到用连体系刚体位移和系统模态坐标表示的混合坐标航天器动力学方程。与通常采用部件模态得到的混合坐标动力学方程不同,这时动力学方程中刚体运动和弹性运动已无惯性耦合。同时也和采用系统自由弹性模态不同,这时刚体坐标直接反映航天器刚体运动。论文最后给出了两个算例。     

关节铰间隙对漂浮基星载天线扰动研究

为了研究关节铰间隙对星载天线扰动,建立了铰间隙矢量矩模型,采用非线性弹簧阻尼及修正库仑摩擦建立了铰间隙碰撞力和摩擦力模型;进一步推导了理想铰和含间隙铰变拓扑结构的漂浮基星载天线多体系统动力学模型。通过接触碰撞判别准则,将系统的几何约束转化为力约束,使得系统无拓扑结构变化,便于系统的全局仿真。最后对理想铰与含间隙铰的漂浮基星载天线系统仿真分析,结果表明,较小间隙对星载天线位姿和指向影响很小,但极大增加关节的碰撞力,随着时间流逝,其位姿和指向精度偏差变大,但由于非线性阻尼的存在,碰撞力逐渐变小,最终保持接触状态。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。
     

空间站大型柔性伸展机构的动力学仿真

本文研究了考虑构件柔性效应对空间站大型伸展机构的动力学问题，在采用柔性多体系统单向递推组集建模方法的基础上建立了任意拓扑结构的柔性多体系统的动力学方程。本文头等讨论了切割铰约束方程的建立和直接违约校正方法。数值仿真结果表明了柔性效应对空间站展开机构动力学的影响。     

高速涡轮泵多部件耦合转子系统动力行为

液体火箭发动机高速涡轮泵系统包含多道浮环密封、轴端机械密封、滚动轴承等微小间隙约束的摩擦学基础部件,间隙内流体与多部件的相互耦合作用效应会导致转子系统动力行为的演变,其机理研究成为整机朝着更高性能与极端化方向(高速、高压、低温/高温等)发展的理论指导基础。首先,构建了考虑流体膜厚方程、动态雷诺方程、介质属性方程以及支撑单元力平衡方程的机械密封热弹流模型和浮环密封动态性能分析模型;其次,耦合各摩擦学单元动态性能模型,发展了包含机械密封、浮环密封、滚动轴承、涡轮泵转子等多功能部件耦合的整机转子系统的动力特性分析模型;最后,采用数值方法实现了对上述多个模型的求解,获得了典型工况条件下的涡轮泵系统动力学行为演变规律。结果表明组合密封导致系统对临界特性影响较小,能导致瞬态响应增加和失稳转速降低。     

立方星伞状天线展开过程运动误差分析

立方星伞状天线由金属丝网、双折辐射肋、中心轮毂等结构组成，其辐射肋的间隙误差影响展开过程与展开后的位置精度。针对0.5m口径Ka频段立方星伞状天线辐射肋间隙误差对展开过程的影响，基于有效杆长理论，建立了铰链间隙误差对辐射肋运动过程影响的数学模型，分析了双折辐射肋在展开过程中运动性能的数字特征，得到在4种常见的轴孔配合铰链约束情况下，根肋顶点的位置误差小于0.08mm，天线尖肋顶点的位置误差小于0.14mm，可以为天线根肋、尖肋铰链间隙误差的选择提供理论依据。     

月球探测器软着陆机构展开动力学仿真分析

可展开的软着陆机构是月球探测器的重要组成部分。以带间隙的多体系统动力学理论 为基础,针对一型采用四支撑悬臂式软着陆机构的月球探测器在ADAMS中建立了虚拟样机模 型,分别就主着陆腿系统结构柔性,主着陆腿与基体连接间隙,展开驱动力及探测器自旋等 因素对软着陆机构展开过程的影响进行了仿真分析。结果表明,在机构展开锁定瞬间由于结 构柔性会产生难以衰减的振动,而间隙在一定程度上有利于该振动衰减。展开驱动力越大, 展开越快,锁定激振振幅越大,但由展开进入稳定状态所需总时间可更短。探测器自旋则有 助于机构的展开,但自旋速度较高时对结构振动有明显影响。该结果可为软着陆机构展开方 案的设计提供帮助。
     

行星轮系侧隙对星载天线指向精度影响分析

为研究行星轮系关节间隙对天线展开过程精度的影响,建立了行星轮系集中参数动力学模型,推导了含齿轮侧隙结构的可展开天线多体系统动力学模型。分别对单行星轮系关节和双关节耦合系统进行仿真分析,结果表明:较小的齿轮侧隙对天线偏移量影响较小,而齿轮侧隙过大会导致齿轮啮合精度及传动效率下降,影响天线指向精度,双行星轮系关节耦合作用也会增大天线指向不稳定性。     

空间可展开天线结构研究进展

扼要综述了空间可展开天线结构的发展及目前的国际动态,叙述了空间可展开天线结构、设计及分析中的主要研究课题及其目前的进展。指出“把多体动力学与有限元法相结合的综合动力学建模法”、“辩识模型后,用预测控制和优化的思想进行展开过程控制”、“用多约束优化法调整网状天线反射面形状精度”等是适合我国目前状况的较好方法。     

卫星在轨微振动隔离系统动力学分析

针对采用主动隔振系统时,有效载荷和卫星平台因质量接近而产生的运动耦合问题,文章使用牛顿-欧拉(Newton-Euler)方法对设计的Stewart隔振系统进行动力学建模,给出了有效载荷和卫星平台质量接近时运动耦合模型,以及卫星平台质量无穷大时的运动无耦合模型下的系统动力学方程,对比分析了两种模型下系统动力学响应。结果表明:Stewart隔振系统在两种模型下系统动力学特性差异较大,有效载荷和卫星平台质量接近时,运动耦合模型的有效载荷角振动响应峰值大、平动响应峰值小、系统模态频率较高。因此,有效载荷和卫星平台质量接近时应采用运动耦合模型进行动力学建模。研究结果可为卫星有效载荷微振动隔离提供理论参考。