一种新型弱撞击对接机构运动学分析

目前各国在轨应用的对接机构属于硬碰撞式对接机构,在此构型下两航天器在空间进行碰撞接触时撞击能量较大,并且此结构下目标飞行器的对接范围较窄。随着空间探测任务的深入,需要对对接机构提出更高层次的设计要求,因此弱撞击对接机构也将成为空间探测任务中一项重要的研究方向。本文对弱撞击对接机构运动学的正解和反解进行了研究分析,得到了相应的推导公式,并通过MATLAB软件对其进行了算例校验。求解出了对接环运动速度和执行推杆伸出速度的关系,这对弱撞击对接机构的工程研制有很大的应用价值。     

国际对接系统标准探究

根据对接技术发展、国际合作和空间救援等现实需求,国际空间站成员确定了一项通用对接接口标准,即国际对接系统标准接口定义文件(IDD)。该标准是基于异体同构周边式对接机构成功经验和弱撞击对接技术提出的,详细描述了对接接口和对接性能要求。基于此背景,简要回顾了对接机构的发展历史,叙述了国内外主要对接机构的技术特点,对标准的主要内容和应用情况进行了分析论述,并提出我国应结合载人航天工程需求参与国际标准的制定。     

收放式受油装置对接过程的瞬态动力学分析

收放式受油装置与加油锥套在实施对接的过程中,碰撞及接触的力学行为会对受油装置造成剧烈的冲击。通过动力学仿真,得到对接过程的碰撞力时间历程曲线。采用运动弹性动力学理论,建立收放式受油装置的有限元模型,在ANSYS Workbench环境下,结合碰撞力时间历程曲线,对受油装置进行瞬态动力学分析,得到了受油装置的位移、速度及加速度响应曲线。最后,根据响应对受油装置进行冲击性能研究。结果表明,所研究的收放式受油装置具有较强的抗冲击能力。本文的分析方法为结构的振动分析与抗冲击设计提供了可行的分析思路和依据。     

民机舱门新型提升助力机构研究

为满足适航要求并提高操作性能,民用飞机增压舱门、特别是应急出口类舱门的操作手柄力有严格的设计要求.提升助力机构是舱门上最常采用的提升运动辅助机构,可以有效调节舱门的操作手柄力.介绍了"弹簧"和"扭力杆"两种民用飞机半堵塞式舱门典型提升助力机构形式,分析了其工作原理.以某项目提升助力机构为例,分析了其在舱门提升运动过程中...     

用于空间站组建的翻转式转位方案设计

针对我国空间站工程规划,借鉴和平号空间站的组建经验,提出了一种适用于我国空间站建造的翻转式转位技术方案,即先通过对接机构实现实验舱与核心舱的轴向对接,然后利用翻转式转位机构将实验舱转位至侧向对接口并支持对接机构完成侧向对接。通过任务及功能分析、机构构型分析、机构自由度分析,确定了翻转式转位机构工作原理、具体组成及布局、系统工作过程以及工作时序,同时对其优点及局限性进行了分析,可为空间站工程提供参考。     

反推力装置结构优化设计

根据叶栅式反推力装置结构及其工作原理,建立了反推力装置运动学与动力学数学模型,以此为基础,取反推力装置对作动系统的最大负载力极小化为目标函数,装置各运动机构满足几何关系为约束条件,建立反推力装置结构优化模型。通过反推力装置运动学及动力学仿真,并分析在不同结构参数下反推力装置运动学及动力学特性,验证了所建立模型的合理性与正确性。在Matlab环境下采用惩罚函数法对反推力装置进行结构优化设计,结果表明：优化后的反推力装置正向最大负载力下降了24.5%,负向最大负载力下降了16.3%,且各个机构运动不出现干涉,整个反推力装置可正常工作。论文建模方法与优化结果可为反推力装置结构设计提供参考。     

用于空间站组建的平面式转位方案设计

针对中国空间站工程规划,借鉴和平号空间站的组建经验,提出了一种不同于和平号空间站翻转式转位方案的空间站建造方案,即平面式转位技术方案。首先,通过对接机构实现实验舱与核心舱的轴向对接;利用平面式转位机构将实验舱转位至侧向对接口,并支持对接机构完成侧向对接。然后,通过对转位机构进行任务及功能分析、构型分析、自由度分析,确定了平面式转位机构工作原理、具体组成及布局、系统工作过程以及工作时序。最后,将平面式转位方案与机械臂和翻转式转位方案进行对比,为空间站工程提供参考。     

小型空间对接机构设计与仿真分析

针对航天器在轨服务过程中的捕获对接需求,设计了一种新型三爪式小型对接机构。该机构由主动捕获机构与被动适配器组成,通过主动捕获机构上圆周均布的3个捕获手抓与3个线性缓冲阻尼单元,实现航天器间的大容差与弱冲击捕获对接,建立了考虑接触、摩擦与碰撞等因素的对接机构动力学仿真模型。仿真结果表明,该主动捕获机构能够在最大位姿容差指标条件下实现对被动适配器的可靠捕获对接,对接机构中的阻尼缓冲单元能够有效消除对接过程中的碰撞冲击。     

六支链轮腿式月面机器人机构优化设计

针对六支链轮腿式月面机器人构型尺寸综合及可调构型参数与运动性能适配的问题,以机器人爬坡作为典型工况,在ADAMS中建立了六支链轮腿机构参数化优化设计模型,分析了轮腿尺寸参数、腿部关节角与爬坡驱动力的关系,以爬坡中车轮驱动力最小为优化目标,计算得出了较优的机构尺寸及关节角参数。可为六支链轮腿式月面机器人移动机构的设计提供方法及依据。     

民用飞机铰链式襟翼运动机构运动误差分析

主要对民用飞机铰链式襟翼运动机构运动误差进行了分析。铰链式襟翼运动机构是目前国内外民用飞机主要采用的一种运动机构。采用极限误差累积的方法,详细分析了造成襟翼运动机构运动误差的各种原因,并对其造成的误差进行了分析。通过误差的分析,可以保证在满足飞机性能的同时,又很好地控制了飞机的成本。     

空间对接机构热真空环境对接与分离试验技术研究

为了验证对接机构在空间环境下的运动性能是否能满足设计要求,在研制过程中必须进行对接机构热真空环境下的对接与分离试验,试验方案的正确与否直接影响到航天器对接与分离的成败。针对对接机构在轨对接的工作过程,提出了利用飞轮模拟对接等效质量的试验方案,并根据提出的方案研制了对接机构热真空对接试验台,完成了对接机构热真空对接与分离试验。由试验结果可知,飞轮模拟等效质量的技术方案有效可行,可保证对接机构热真空对接与分离试验圆满完成。     

1 种软轴推拉钢索运动关系的建模分析方法

为解决软轴推拉钢索在航空发动机反馈机构中运动关系的传递缺乏有效分析方法的问题,根据软轴推拉钢索的结构特点,构建了软轴推拉钢索的运动关系传递模型。通过对采用软轴推拉钢索的高压压气机静子可调叶片角度反馈机构进行建模,获得了高压压气机静子可调叶片角度反馈关系曲线,并采用带约束的非线性优化方法对关系曲线进行了优化设计。结果表明:基于软轴推拉钢索位移绝对值构建的运动关系传递模型能够有效的对其运动关系实现建模和分析。     

基于分岔理论的起落架撑杆式锁机构设计

提出了运用分岔理论研究锁机构性能问题的分析方法，以前起落架上下位一体式锁机构为对象，基于分岔理论，通过数值延拓，研究了收放作动筒和解锁作动筒对该机构稳定性能的影响，阐释了锁机构运动分岔图中分岔点与上锁、解锁行为的对应关系，并分别针对上、下位解锁过程按照不同解锁力共划分了5种锁机构解锁状态。论述了延拓解锁、上锁分岔点得到的轨迹曲线，并根据曲线临界尖点定义了临界解锁力和临界解锁角度2个状态变量，随后分析了弹簧刚度、原长和安装点位置对以上变量的影响趋势。基于影响分析结果，在锁机构上锁能力一定的前提下，改变参数，优化了下位临界解锁力。研究表明，分岔分析能够快速全面地把握锁机构动力学特性随不同参数的变化趋势，在分析锁机构性能、指导参数初步设计方面有一定优势。     

空间机械臂辅助大质量舱体对接阻抗控制方法

针对空间机械臂辅助大质量舱体对接任务中,由于大臂展机械臂柔性、控制误差、机械误差等因素,导致末端位置精度差、对接机构偏离对中位带来的对接困难的问题,提出采用阻抗控制的方法。分析了对接任务中的模拟对接机构的特性,发现其受到的碰撞力与对中位姿偏离方向具有一致性,验证了阻抗控制算法的可行性;针对六维力传感器安装位置距离对接机构较远、惯性力影响严重的问题,提出了六维力信号补偿算法,保证了阻抗控制计算的正确性;进行了仿真实验,结果表明采用阻抗控制算法能在保证对接成功的前提下,有效减小接触力大小。     

对接机构控制器结构力学仿真分析

在航天电子产品设计过程中,单机结构的动力学仿真分析对于提高产品的环境适应性起着举足轻重的作用。它不仅有助于在产品研发阶段寻求最优化的解决方案,而且能明显缩短产品研制周期、降低生产成本、确保产品质量。本文依据某航天器对接机构控制器结构设计图纸、相关文献及技术要求对对接机构控制器结构的静动力学性能基于仿真软件ANSYS和建模软件pro／e进行了结构分析,为改进产品结构设计和优化性能提供了指导依据。     

轴向敲击式钻取采样装置方案研究

针对地外行星浅表层钻探采样对采样装置低功耗、小尺度的需求,提出一种轴向敲击式钻取采样装置设计方案:将增力机构与棘轮棘条机构结合,通过对钻取采样过程的钻进阻力实时检测,实现钻取采样钻进速度及钻进力的控制;将轴向进给电机的输出扭矩通过增力机构传递至钻杆,实现增力效果,降低了钻取采样功耗。该方案的可行性通过设计示例得到了验证,可作为未来地外行星采样装置设计的借鉴。     

动量环式主动增稳加油锥套建模与飘摆抑制

空中加油软管-锥套受大气紊流等干扰产生飘摆运动,加大了对接过程的不确定性和危险性。创新设计了一种自旋动量环式主动增稳加油锥套,在锥杯处集成一对偏置动量环实现飘摆抑制,避免传统翼舵式锥套回收时舵面与加油机吊舱口撞击风险。基于拉格朗日方程建立了考虑动量环旋转的多级串连单摆系软管-锥套系统运动模型,分析了阵风及大气紊流干扰对锥套飘摆运动特性的影响,提出了基于动量环控制的飘摆抑制方法,仿真表明该方法能够有效缩短阵风干扰下锥套收敛至稳态位置的时间,减小大气紊流干扰下锥套飘摆幅度,削弱高频动态响应。     

反推力装置运动学与动力学仿真

为了研究叶栅式反推力装置各部件在工作过程中的运动学与动力学特性,根据机构运动原理对反推力装置进行简化并建立了运动学与动力学数学模型。以滑动整流罩位移与阻流门所受气动负荷为输入进行运动学与动力学仿真,得到了反推力装置各部件的位移、速度及受力特性曲线,并对比分析了在不同尺寸参数下各部件特征点的运动轨迹和反推力装置负载力变化。结果表明:运动学及动力学仿真结果与工程实际相符;反推力装置机构参数选择不合理时,各设计点会发生干涉现象并导致机构无法运动;机构参数变化对负载力最大值影响尤为突出,在阻流门AC段长度值增大6%,阻流门CB段长度值减小9%的情况下,负载力正向最大值将增大19.53%,负向最大值增大12.67%。研究方法及研究结果可为反推力装置运动学及动力学分析,以及为反推力装置机构优化设计提供参考。      

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。     

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。