一种对接机构转子杯式电磁阻尼器设计研究

为适应不同方向对接耗能量大幅增加的状况,对一种空间对接机构耗能用转子杯式电磁阻尼器的设计进行了研究。在一定的简化条件下,建立了转子杯式电磁阻尼器阻尼力矩特性的理论计算模型。阻尼器材料选用钕铁硼、不锈钢和硬铝。对阻力器阳极的力矩特性进行了理论计算并与仿真比较,两者相近,表明理论计算模型较准确地反映了阻尼器各设计参数对阻尼力矩特性的影响,但理论计算值仍与样机实测结果存在一定偏差。用多轮迭代修正方式,对转子杯的参数进行调整,并考虑了由此产生的气隙厚度对漏磁的影响,获得了修正的阻尼器阻尼力矩计算公式。结果表明:在转速0~500r/min范围内,阻尼力矩与转速实测值呈良好的线性关系,阻尼器产品实际测试结果与修正后的理论模型计算值基本一致。     

弹簧展开机构的设计及运动学仿真

弹簧展开机构由两对互为备份的弹簧、一个流体阻尼器、一个温度补偿装置组成。弹簧提供展开驱动力矩;阻尼器提供阻尼力矩,以稳定展开速度,防止冲击过大;温度补偿装置用来补偿温度变化对阻尼器性能的影响。文章论述了弹簧展开机构的工作原理及结构设计和必要的分析计算,同时对该展开机构应用在某星载天线中的工作情况进行了运动学仿真。     

柔性锥-杆式对接机构碰撞过程仿真研究

以中小型航天器普遍采用的锥-杆式对接机构为研究对象,提出一种柔性对接锥作为缓冲系统的方案,用柔性锥变形吸收撞击能量作为缓冲。用有限元法对碰撞过程进行仿真,讨论了柔性对接锥作为缓冲系统的性能对对接过程的影响。仿真结果表明:与普通对接锥相比,柔性锥能减小碰撞力峰值50%多。     

碰撞试验系统中加速度传感器特性仿真研究

航天器对接机构缓冲能力的强弱直接决定了航天器所受冲击的大小,因此对缓冲机构的性能进行测试/试验具有重要的意义。文章以赫兹弹簧阻尼理论为依据,通过仿真计算,分析了质量、速度对碰撞过程的影响;得到了加速度的频率特性;确定了碰撞试验系统中加速度传感器的选择原则。     

黏滞型阻尼器对太阳翼展开性能的影响分析

为保证太阳翼在轨展开锁定的可靠性,往往需要较大的展开驱动力矩、较高的力矩裕度;而为了减缓太阳翼展开锁定对SADA的冲击载荷,又需要较小的驱动力矩,较少的展开到位剩余能量。为解决两者之间的矛盾,采用了为太阳翼加装黏滞型阻尼器的方法,它既不降低展开锁定的可靠性,又能有效抑制冲击载荷。但须要注意的是,当阻尼系数过大时,由于地面展开试验存在不可避免的因素(如设备阻力、空气阻力等),太阳翼地面展开试验时可能发生无法完全展开的故障;因此,在选择阻尼器性能时,须要同时兼顾在轨展开和地面试验展开的可靠性。文章利用AD-AMS和Nastran/Patran软件联合建立了太阳翼在轨和地面试验展开的仿真模型,分别得到无阻尼器和不同阻尼系数下的太阳翼在轨和地面试验展开动力学分析结果;通过对仿真结果的分析比对,综合评估了黏滞型阻尼器对太阳翼在轨展开和地面试验展开的影响。     

主动控制式对接机构对接预捕获阶段的仿真

介绍了主动控制式对接机构对接的基本操作过程，并以具有六个作动阻尼器的主动接制式对接机构为例，对对接预捕获阶段作了详细的研究。 该阶段两对接飞行器的运动方程，给出了作动／阻尼器为满足捕获条件所需达到的长度的计算方法，设计了控制回路，在此基础上作了数值仿真。仿真结果表明，建立的数学模型是正确的，设计的控制系统控制效果良好。     

类杆锥式对接机构捕获动力学分析与参数设计

针对面向在轨服务的小型航天器上使用的类杆椎式对接机构,给出了其参数设计及其 动力学分析方法。采用虚功率原理和赫兹模型建立了对接机构的整体接触碰撞动力学模型, 通过对不同初始条件下捕获阶段动力学仿真评价完成了缓冲阻尼参数的设计,实现了对接机 构的整体性能满足设计目标要求。     

基于虚拟样机技术的导引头伺服机构动力学仿真分析

考虑传动轴的柔性、齿轮轮廓、齿轮侧隙、齿轮副碰撞等非线性因素,建立了导引头伺服机构虚拟样机模型.由仿真计算获得了机构的动力学特性.数据分析表明机构的传动特性符合齿轮传动特性,运动特性满足平行四边形机构运动特性.伺服机构物理样机扫频试验获得的谐振频率与仿真数据较接近,由此验证了谐振频率仿真分析方法的正确性和可行性.     

基于碰撞概率的交会对接近距离导引段的轨迹安全

提出了一种利用碰撞概率思想来描述交会对接近距离导引段飞行器轨迹安全的方法,这种方法采用最大瞬时碰撞概率来定量描述两个飞行器的碰撞危险程度。推导了最大瞬时碰撞概率的计算公式,其过程可分为三步:首先基于CW方程外推初始相对状态和误差协方差矩阵,然后利用外推后的相对状态和误差协方差矩阵计算瞬时碰撞概率,最后求出感兴趣区间内的最大瞬时碰撞概率。数值算例表明最大瞬时碰撞概率是描述交会对接近距离段两个飞行器碰撞危险程度的一个较好的指标。     

航天器爪型对接机构对接过程动力学仿真分析

航天器对接机构是完成空间在轨对接任务的核心机构,要保证成功完成对接任务,必须清楚掌握其对接过程动力学作用机理与表现。文章针对爪型对接机构的对接过程开展动力学研究,建立了考虑对接过程中的接触、摩擦及碰撞等非线性因素的对接机构动力学模型,进行对接过程的全程动力学仿真模拟,详细分析了对接过程的影响因素与作用机理,并从能量角度分析了缓冲器的工作性能,可为爪型对接机构的设计、对接初始条件确定和控制策略的制定提供参考。     

Applications of tuned mass dampers to improve performance of large space mirrors

In order for future imaging spacecraft to meet higher resolution imaging capability, it will be necessary to build large space telescopes with primary mirror diameters that range from 10 m to 20 m and do so with nanometer surface accuracy. Due to launch vehicle mass and volume constraints, these mirrors have to be deployable and lightweight, such as segmented mirrors using active optics to correct mirror surfaces with closed loop control. As a part of this work, system identification tests revealed that dynamic disturbances inherent in a laboratory environment are significant enough to degrade the optical performance of the telescope. Research was performed at the Naval Postgraduate School to identify the vibration modes most affecting the optical performance and evaluate different techniques to increase damping of those modes. Based on this work, tuned mass dampers (TMDs) were selected because of their simplicity in implementation and effectiveness in targeting specific modes. The selected damping mechanism was an eddy current damper where the damping and frequency of the damper could be easily changed. System identification of segments was performed to derive TMD specifications. Several configurations of the damper were evaluated, including the number and placement of TMDs, damping constant, and targeted structural modes. The final configuration consisted of two dampers located at the edge of each segment and resulted in 80% reduction in vibrations. The WFE for the system without dampers was 1.5 waves, with one TMD the WFE was 0.9 waves, and with two TMDs the WFE was 0.25 waves. This paper provides details of some of the work done in this area and includes theoretical predictions for optimum damping which were experimentally verified on a large aperture segmented system.     

空间对接试验台转动模拟装置的试验研究

针对空间对接试验台中二维转动实现的设计难点问题,提出了非常规应用的新型抗弯件及十字轴机械结构方案。使整个系统在大负载和高撞击力的特殊情况下,结构具有高可靠性;大大降低了转动摩擦力矩,使转动模拟装置具有良好的随动运动特性;结构尺寸紧凑,减小了与结构尺寸关系密切的航天器惯量模拟误差;质量轻,使试验台其余子系统的设计有一定余量。采用缩比方法研制了试验装置。试验结果表明,主动转动模拟装置的最大静摩擦力矩仅为8.8445Nm,远小于80 Nm的指标要求。所设计的转动模拟装置能够满足对接试验台总体和其它分系统的要求。     

惯性平台新型金属橡胶减振器非线性特性分析

概述了金属橡胶材料的构成及特性。在简要介绍库仑摩擦阻尼产生机理的基础上，通过对于摩擦理想模型及线性双滞迟恢复力的分析，运用非线性振动理论中的谐波平衡法及傅立叶级数分析技巧，对含有位移三次非线性的粘性阻尼双线性滞迟隔振系统进行了研究；通过对不同参数下系统振动递率变化规律的分析，得出了一些有用的结论，为惯性平台新型金属橡胶减振器(以下简称MRD)的研制提供了理论依据。     

基于磁力矩定向阻尼特性的卫星姿态磁控制

根据磁力矩在地磁场中的定向阻尼特性，提出了磁控重力梯度和有阻尼器的非重力梯度卫星姿态控制律。给出了卫星姿态运动方程，并证明采用两种方法控制卫星姿态的稳定性。根据地磁场强度变化规律选择控制系数。理论分析和仿真结果表明，基于磁力矩定向阻尼特性的卫星姿态磁控制方法简单、精度较高。     

卫星对接环减振装置设计与验证

针对相同平台卫星不能满足多种运载力学环境的问题,设计了一种对接环减振装置并进行了试验验证。首先通过分析卫星对接环功能特点,结合金属橡胶材料减振方式,设计了对接环减振装置,构建了卫星-对接环减振系统的动力学模型;然后通过正弦与随机振动试验验证了设计的有效性;其次,将对接环减振装置进行了有限元分析,将有限元分析结果与试验结果进行对比,验证了分析模型的正确性;最后,将所设计的对接环减振装置应用于环境减灾二号(HJ-2)卫星中,通过整星动力学分析验证了该装置的应用效果。     

Nutation damping of spinning satellite with viscous annular dampers

A new assumption, that the fluid in an annular damper is supposed to be a variable slug, is taken to discuss the nutation damping of a spinning satellite with a partially filled viscous annular damper. The dynamical equations for the spinning satellite with the damper are established by application of the equations of the first order in normal form for the rigid body. Approximate analytical solutions of nutation angle attenuation are obtained by the successive approximation and the small parameter methods. The theoretical results from the variable slug can explain the experimental phenomena, which are not explainable by the results from the conventional rigid assumption, taken by most the former references. Thus the presented analytical solutions provide a more reliable basis for designing the annular damper.     

自适应变阻尼磁流变体减振器

利用磁流变体粘可变的特性，设计了一种自适应变阻尼磁流变体减振器，该减振器无需能源装置，控制方式简单，可靠，结构紧凑，轻巧。理论分析及试验结果表明该减振器可以衰减振动。     

空间对接机构差动式缓冲阻尼系统运动学仿真

着重分析空间对接机构差动式缓冲阻尼及传动系统主要组件： 丝杠差动组合、齿轮差动组合的机构运动学原理。在此基础上建立系统的运动学模型， 利用捕获环伸出过程和缓冲阻尼过程系统运动学仿真验证了系统模型。     

A procedure for calculating the damping in multi-element space structures

A procedure is outlined for estimating the damping in a multi-element space structure by incorporating distributed material damping and discrete nonlinear joint properties into a linear analysis. Tests have been conducted in which the transient response of a truss member is measured in free fall in a vacuum in order to obtain precise material damping characteristics. The force-state mapping technique is then used to identify the localized nonlinearities in joints by mapping the force transmitted through the joint as a function of the full mechanical state of the joint. The identified nonlinear joint parameters are then linearized using an equivalent energy approach which finds the equivalent linear stiffness and linear viscous damping by equating the integrated work done and energy dissipated by the nonlinearity to those of a spring and damper undergoing sinusoidal motion. The distributed material damping and localized nonlinear effects are then incorporated to form a linearized damped finite element model. Finally, an eigenvalue perturbation analysis is developed to explore the effect of introducing damping at the joints on the overall dynamics of the truss, and to obtain design guidance on where supplemental joint damping might optimally be added.     

太阳翼黏滞阻尼器的可靠性评估方法

基于黏滞阻尼器的工作原理分析,确定了以黏滞阻尼器的阻尼率作为可靠性特征量,提出了利用大量地面测试数据进行黏滞阻尼器可靠性定量评估的方法,并给出了某太阳翼黏滞阻尼器可靠性评估的应用示例,为黏滞阻尼器的可靠性验证提供了技术途径。