基于空间7R机构的联轴器运动学及动力学仿真

应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS,建立了基于空间7R机构的联轴器的仿真模型,并进行了运动学和动力学仿真分析;结合有限元仿真分析软件ANSYS,进一步对该联轴器在转动过程中的应力变化进行了分析。为基于空间7R机构的联轴器的设计提供了理论依据,通过CAE仿真软件对基于空间7R机构的联轴器进行运动和动力性能分析,为该联轴器的实际应用以及进一步的分析打下了良好的基础。     

常用平面五杆机构计算机辅助运动分析数学模型的研究

对于平面五杆双自由度机构，通过对其输入及输出构件进行不同配置，提出了平面铰链五杆机构和单滑块五杆机的常用类型及其尺度约束，建立了机构杆组运动分析数学模型，并据此编制了机构运动分析软件，由实例看出，该数学模型可有效地应用于常用平面五杆机构的运动分析和计算。     

高速风洞投放试验弹射机构及试验研究

新一代战斗机超声速内埋武器投放需要进行分离安全性评估。针对内埋武器高速风洞投放试验的需求,设计了一套新型双气缸弹射机构。使用三维建模软件开展了弹射机构的结构设计。基于气缸无杆/有杆腔内压力方程、储气罐与无杆腔流量方程、有杆腔与大气相连的流量方程以及活塞驱动力方程等,建立了弹射过程的数学模型,并利用运动仿真软件对所设计的弹射机构进行仿真分析,验证了结构的合理性。设计了弹射机构伺服控制系统,利用电气伺服阀及相关控制元件实现对弹射机构的控制。在中国航天空气动力技术研究院FD-12风洞中开展了试验验证（马赫数1.5）。结果表明:当前后气缸压力不超过1.0 MPa时,载弹最大弹射速度可达5.68 m/s,满足设计要求与使用需求。     

航天员出舱活动用移动扶手原型设计与试验验证（英文）

针对空间站舱外固定扶手难以满足航天员复杂舱外作业需求的问题,提出一种航天员出舱活动用的移动扶手,并对其进行了参数设计与试验研究。首先,在充分考虑着舱外服加压航天员手部施力特性的基础上,对舱外移动扶手操作机构的几何尺寸和弹簧刚度进行了参数设计。其次,为满足航天员在轨出舱单手操作移动扶手的人机工效学需求,对操作机构进行了自锁设计,并利用ADAMS对操作机构进行了动力学仿真分析,仿真结果表明,各操作机构能够实现自锁功能,且操作力符合着服加压航天员手部施力特性。最后,研制了舱外移动扶手原理样机,从功能、环境适应性及人机工效学方面进行了试验验证。试验结果表明：所述方案可顺利完成舱体扶手夹持、长度和角度调节,且实测操作力与理论值基本吻合,在力学和热学环境试验前后操作力无明显变化,各操作机构满足空间站舱外低轨环境及人机工效学要求。     

基于有限元的单机耐压结构优化设计

针对某单机适应瞬时高压环境使用性的结构设计需求,应用PROE软件进行结构及优化设计、ANSYS有限元软件进行仿真分析、实验验证相结合的方式进行耐高压结构设计,经验证结构符合高压环境使用要求。这种结构及优化设计、有限元仿真分析与实验验证相结合的设计方式可有效保证单机结构强度满足环境适应性,为今后的耐高压结构设计提供了方法与方向。     

2.4m风洞大迎角机构结构设计与有限元分析

研制具有良好力学特性的大迎角机构,是解决先进、高机动飞行器武器大迎角气动力问题的关键技术之一.阐述了2.4m风洞大迎角机构结构形式,同时应用MSC/NASTRAN有限元软件,对其强度、刚度和动态特性进行了有限元分析,获得了大迎角机构在最大气动力载荷作用下的结构应力和变形,以及自由振动时的模态频率和模态振型.计算结果表明:大迎角机构本身结构强度、刚度富余;固有频率远离气流脉动频率,表明其具有较好的动态特性;该机构结构形式合理可靠.     

某型航空发动机燃气涡轮叶片和盘结构静力学分析

首先采用UG软件对某型发动机燃汽涡轮两级轮盘/叶片进行三维实体建模,导入ANSYS Workbench软件后以solid87、conta174(接触面单元)和targe170(目标单元)单元类型划分网格,建立了考虑盘与叶片及盘与盘间接触影响的有限元模型。通过对涡轮结构的静力学分析,可以清楚地显示其应力分布,找出应力集中点,验证其静强度可靠性,并为进一步的模态分析和瞬态分析打下基础。     

无人机全复合材料机翼的结构有限元分析

为满足UAV机翼的结构强度及隐身要求,机翼采用全复合材料结构,在目前的无人机机翼结构的材料性能、载荷等条件下,对机翼进行了静强度及动力学分析,通过应用有限元分析软件和计算软件对全复合材料机翼进行了建模和静强度分析与动力学分析。     

基于动力特性的发动机支架设计方案对比分析

为满足高空变轨和射程要求,飞行器可以在末修级中增加发动机。发动机支架的作用便是为发动机提供安装平台,此支架在满足强度要求的同时,必须兼顾结构系统的动力学特性。本文针对上述典型的支架结构,利用有限元软件进行了仿真分析,讨论了几种可能的设计方案,并与振动试验结果进行了对比分析,对后续类似结构设计具有很好的指导作用。     

航天器着陆缓冲机构技术研究进展

航天器着陆缓冲机构是开展地外天体着陆探测的核心装置,其着陆性能直接关系到整个探测任务的成败。本文梳理并总结了现有航天器着陆缓冲机构的相关设计技术,重点介绍了航天器着陆缓冲方法、机构构型和地外小天体着陆/锚定机构,并对其优缺点和适用情况进行了总结分析。其次,针对各类着陆缓冲机构总结了动力学分析技术现状,对比了理论解析模型法、全机刚体仿真分析法、刚柔耦合仿真分析法、全机柔性仿真分析法和半主动控制仿真法等动力学分析方法的优劣。再次,论述了地面等效试验技术的研究进展,阐述了滑轮平衡法、斜坡模拟法和全机1/6尺寸模型法3种地面等效试验方法的主要特点。最后,结合未来深空探测需求,对航天器着陆技术存在的问题、及发展趋势进行了总结与展望。     

Design of a Non-cooperative Target Capture Mechanism

A passive compliant non-cooperative target capture mechanism is designed to maintain the non-cooperative target on-orbit. When the relative position between capture mechanism and satellite is confirmed,a pair of four-bar linkages lock the docking ring,which is used for connecting the satellite and the rocket. The mathematical model of capture mechanism and capture space is built by the Denavit-Hartenberg(D-H)method,and the torque of each joint is analyzed by the Lagrange dynamic equation. Besides,the capture condition and the torque of every joint under different capture conditions are analyzed by simulation in MSC. Adams. The results indicate that the mechanism can capture the non-cooperative target satellite in a wide range. During the process of capture,the passive compliant mechanism at the bottom can increase capture space,thereby reducing the difficulty and enhance stability of the capture.     

3自由度并联机构的位姿分析

本文对3自由度并联机构的位置正解求法进行了初步探讨。应用闭合回路方程法对空问3-RPS并联机构的输出件的位姿进行分析,推导出该机构的运动学正解。获得了输出件的位姿,给出该机构位姿分析的数值仿真实例。     

基于序列图像的非合作目标自主导航及验证

针对空间自旋或章动运动的非合作目标运动感知与估计问题,给出了一种基于序列图像的运动测量与状态估计方法。所给出的方法由两部分组成:(1)采用立体视觉测量目标三个非共线的特征点,建立目标参考系并实现相对姿态的测量;(2)采用目标运动学和动力学方程,推导了扩展卡尔曼滤波器,实现目标角速度和惯量比的估计。最后,分别给出了数学仿真和物理试验:(1)利用数学仿真验证了所给出的卡尔曼滤波估计算法在不同目标运动情况下的收敛性;(2)利用机械臂模拟目标的自旋运动,利用双目相机采集目标运动图像,试验结果验证了所给出的运动测量与状态估计方法可以连续的给出目标角速度的精确估计。     

Contact Tracking Control Strategy for Space Manipulator with Snare-Type End-Effector

The capture operation performed by a snare-type end-effector mainly relies on three flexible cables. This paper solves the dynamics modeling problems of flexible cable used in the snare-type end-effector and provides a contact tracking control strategy for the impact phase of snare capture. To describe the motion of flexible cable,a dynamics model is established by considering both tensile and bending resistance properties. On this basis,a virtual spring concept is introduced to represent the contact between flexible cables and the target grapple shaft,and a contact dynamics model is established approximately by polynomial function with the variables of penetration and start-end distance of flexible cable. Thereafter,a contact tracking control strategy is proposed to improve the reliability of space snare capture. The target grapple shaft and flexible cable can keep in contact at the initial contact point during the whole capture process and thus reduce the possibility of pushing the target away. Experiments are carried out to verify the effectiveness of the proposed method.     

两自由度球面并联机构动力学分析(英文)

运用旋量理论的方法推导出两自由度球面并联机构的速度、加速度解析表达式,在此基础上依据虚功原理和旋量的互易积形式建立了该机构的动力学模型,得到了两驱动电机的驱动转矩方程.通过对动力学模型的变换,获得了动力学方程的形位空间模式及相关系数.通过一个实例表明,动力学方程中的惯性系数和重力项占有的比重较大,而哥氏力系数和离心力系数占有的比重较小,他们在数值上相差一个数量级.但是否可以忽略后者需要判断速度的大小,只有当机构运动速度较小时才可以将哥氏力和离心力忽略.     

Modeling and Optimal Design of Planar Linkage Mechanism of Coupled Joint Clearances for Manufacturing

The uncertainty of the mechanism motion error is mostly caused by the manufacturing process,so the motion error cannot be effectively predicted at the design phase.The problems of manufacturing complexity and the relationship between design and manufacturing are analyzed,and the influence of dimensional tolerance and fit tolerance on the motion accuracy of the system is considered in the design process.Then based on the Monte Carlo simulation,an optimal design model of planar linkage mechanism is set up.A typical offset slider-crank mechanism is used as an illustrative example to carry out the optimal design.Compared with the result of typical robustness design,the similar variation characteristics of the mean value and the standard deviation can be found,so the proposed method is effective.The method is furthermore applied in the optimization of the schemes with different fit tolerances and the prediction of motion errors in the design phase is achieved.A set of quantitative evaluation system for mechanism optimal design is provided.Finally,a basic strategy is presented to balance the motion precision and manufacturing cost.     

基于CFD方法的主动襟翼控制旋翼翼型涡特性研究

基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,建立了一个适用于旋翼二维主动襟翼控制(Active flap control,AFC)数值模拟的方法。在满足对翼型参数化分析的前提下,使用Euler方程求解以提高计算速度,并采用嵌套网格方法对AFC旋翼后缘襟翼进行运动控制。应用所建立的方法,首先进行了算例验证计算,然后着重对AFC旋翼翼型进行了数值模拟。在此基础上,进一步开展了AFC旋翼翼型主要参数对后缘涡影响的计算分析。结果表明:提高桨尖马赫数、增加后缘小翼摆动频率能加快涡产生速度;而提高桨尖马赫数、增大后缘小翼摆动幅度和后缘小翼长度能增大涡的强度;但增大后缘小翼与主桨叶缝隙间距仅在一定范围内能够增加涡强度。     

空间重复锁紧与分离装置容差性能分析与验证

空间重复锁紧与分离装置的容差能力是合作目标能否被捕获的关键指标,一定的容差能力能够抵消机械臂末端定位误差带来的合作目标位姿误差。根据某种在轨服务平台对空间合作目标的捕获方式,提出并设计了一种具有一定容差能力,并且在空间机械臂协助下能够完成对合作目标重复锁紧与分离的装置。本文建立了合作目标任意一点与重复锁紧与分离装置坐标系之间的D-H矩阵,完成了对球头关键点运动轨迹数学模型的建立。利用关键点投影方法对装置的容差性能进行分析,验证了装置设计的合理性。通过ADAMS仿真和样机试验相结合的方式对装置的容差性能进行验证,结果表明所设计的装置能够捕获和锁紧处于极限位姿下的合作目标,验证了装置的容差能力。     

大型民机双作动筒式前轮转弯操纵系统设计与仿真分析

为了提高飞机起降性能,当前飞机起落架逐步发展为采用电传操纵技术。而为了满足对低速大转角机动和大转弯力矩的要求,现代大部分大型民机都装配了双作动筒式前轮转弯系统。本文以大型民机的双作动筒式电传前轮转弯操纵系统为研究对象,针对双作动筒式前轮转弯机构设计一种随动转阀式换向阀,以满足其在死点位置时液压源换向的要求;随后基于双作动筒式前轮转弯系统对操纵控制的要求,设计了集手轮低速大角度转弯、脚蹬快速小角度转弯以及减摆功能于一体的飞机前轮操纵电液伺服系统,并建立仿真模型,进行动态仿真分析,以检验系统的各项功能。仿真结果表明,系统能够满足工程使用的要求。     

大型天线装配测量与实时反馈调整技术

针对大型天线在装配过程中共轴铰链空间位置难以准确定位和测量、传统测量方法容易受到天线杆件的干涉影响测量精度等问题,通过搭建大型天线装配测量与实时反馈调整系统,采用数字摄影测量技术对天线的面板、铰链和杆件的装配精度进行了测量,并将测量结果实时反馈给六自由度自动执行机构调整共轴铰链的空间位置,实现大型天线的柔性化、自动化和精准化装配。试验结果表明数字摄影测量相机的精度与激光跟踪仪的精度偏差不大于0.01 mm;六自由度自动执行机构对共轴铰链的位姿调整位移精度优于0.02 mm,角度精度优于0.01°,能够满足大型天线的装配和测量要求,该方法可以提高大型天线装配效率和自动化技术水平,为尺寸更大和结构更复杂的天线集成装配奠定技术基础。