九宫格超弹太阳池阵列折展性能仿真与优化

弹性铰链是一种自驱动柔性机构。其只依赖折叠时储存的弹性能量，并在展开时自然释放，不需要部署外部能源。弹性铰链具有重复性高、精度高、轻质、能耗低等优点，因而被广泛应用于航天领域。文章针对不同组合形式弹性铰链展开状态的稳定性问题，基于压杆稳定理论，建立对向单层弹性铰链的峰值力矩模型，分析其屈曲失稳情况，进而有效估计出空间折展机构抵抗外界载荷的能力。采用ABAQUS建立弹性铰链的有限元模型，以此来准确描述其折展特性。利用全因子实验设计方法对样本点进行实验规划，进而建立可描述铰链折展特性的数学代理模型，并以簧片间距离及中心角为变量对弹性铰链进行优化设计，得到使弹性铰链机构具有较大弯曲力矩以及较小最大收展应力的最佳结构参数为中心角76°，簧片间距离Se为16.2mm。     

含间隙天线折展机构模块精度分析

针对天线折展机构连接运动副间隙引起天线折展过程运动不确定、精度下降等问题,提出了基于"无质量杆"模型来模拟自由状态的含运动副间隙机构建模方法。该方法基于D-H法建立了天线3个闭环的几何关系模型,将无质量杆模型引入天线几何关系中,获得了展开误差的计算模型。通过综合运用蒙特卡洛法实现了自由状态折展机构展开误差计算。计算结果表明:转动副间隙对折展机构单元肋展开在Z方向上展开精度影响最大,单元肋展开最大误差为0.353 mm,可为天线折展机构设计提供了参考。     

双层环形可展开天线机构构型优选及结构设计

提出可构成双层环形桁架式可展开天线机构的可展开单元需满足的条件,设计出一种轻量化、高刚度曲柄滑块式可展开单元。建立单元特性综合评价指标,对7种可展开单元进行单元特性评价及优选。对优选出的可展单元的结构尺寸进行优化设计,获得了优化设计参数。设计了20m的大口径双层环形桁架式可展开天线机构,研制含弹性铰链的单层环形桁架式可展开天线机构与双层单元机构原理样机,对两种样机的展开功能和重复展开精度进行测试,验证了提出的可展开机构单元及大口径天线机构设计的正确性和可行性。     

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。     

用于卫星展开式平面天线的新型铰链研究

为保证卫星平面天线展开后工作面"无突出物和零板间缝隙",提出一种新型铰链设计。采用该铰链的天线展开后,铰链不会突出在天线上表面,不会对天线波束的发射带来干扰。基于ADAMS软件,建立了装有新型铰链的平面天线展开动力学模型;通过动力学分析和计算,确定了铰链设计的相关参数。根据设计参数和平面天线的安装要求,研制了3套铰链样机,并进行了多次展开试验验证。试验结果表明:装有该新型铰链的天线展开动作平稳,同步性好,联动装置中的绳索在天线展开过程中未出现松弛现象,因此新型铰链满足平面天线的使用要求,具有工程应用价值。     

大型抛物柱面天线展开动力学分析与展开过程控制

为揭示大型抛物柱面天线在轨展开过程中各部件的动力学特性，保障可展天线在轨展开过程稳定性，提出了一种基于模块组装的大型抛物柱面可展天线支撑机构动力学快速建模方法与非线性展开过程反馈控制策略。首先，基于绝对节点坐标法建立了天线可展支撑机构基本模块的动力学方程集与约束方程集。然后，通过子模块组装的方式实现对超大型支撑机构的动力学快速建模，并进一步提出逐块缩聚与递归的动力学微分方程高效求解算法。最后，基于非线性展开过程反馈控制策略实现了抛物柱面可展支撑机构该类强非线性系统的展开稳定控制。结果表明，该控制方法能显著降低可展支撑机构展开过程中的速度峰值，有效提高了大型抛物柱面天线展开过程中的展开同步性。     

基于螺旋理论的环形桁架式可展天线构型综合

基于螺旋理论针对环形桁架式可展天线机构的构型综合问题进行研究,首先概述基于螺旋理论的约束综合法,然后分析环形桁架可展天线机构的收展原理,将环形桁架机构分为上下环形边两部分,通过综合环形边机构并连接上下环形边便可得到环形桁架机构;采用移动副(P)来描述各个节点花盘的运动特性,通过基于螺旋理论的约束综合法针对环形边支链机构进行分析与综合,得到了16种约束支链机构,通过分析与优选得到了两种约束支链机构;采用综合得到的约束支链机构组合得到了环形边链路机构并通过连接组合与推演得到了四种环形桁架可展开机构;最后针对综合得到的四种环形桁架机构在Solidworks软件中进行了三维建模与运动仿真,校验了各机构的可展性。本文的研究为可展天线机构的构型综合提供了一种新思路,综合得到的几种环形桁架机构在空间可展开天线领域具有较好的应用前景。     

三棱柱伸展臂超弹性铰链的力学建模与分析

针对对向多层超弹性铰链展开状态的稳定性问题,分别基于铁木辛柯屈曲理论和欧拉梁屈曲理论建立对向多层超弹性铰链折叠峰值力矩模型。搭建实验平台,分别对12种规格对向单层、双层超弹性铰链进行实验研究,发现理论值与实验值偏差不大于7.73%,偏差均值不大于4.93%,偏差标准差不大于4.97%,验证了基于欧拉梁屈曲理论建模的准确性。对对向多层超弹性铰链进行参数研究,发现半径、中心角、厚度和层数与屈曲力矩正相关,而长度则是负相关的。     

敏捷卫星高刚度太阳翼的设计与验证

基于对国内外敏捷卫星带辅助支撑式太阳翼现状及存在问题的分析,开展了太阳翼的构型设计与布局优化,设计一种基于带簧铰链与自适应锁定式铰链的单臂支撑式高刚度太阳翼。利用支撑臂中部带簧铰链在弯折后形态可变的特性,解决了多连杆闭环机构收拢状态下的杆长匹配问题;利用太阳翼根部自适应锁定式铰链可自动调节锁定状态的特性,解决了展开末了过约束锁定的技术难题,实现了带辅助支撑式太阳翼根部铰链的可靠锁定功能。开展太阳翼展开静力矩裕度分析、模态分析和展开动力学分析,结果表明,太阳翼展开力矩裕度大于1,展开状态下基频大于8 Hz,展开过程顺畅无死点,展开末了冲击力不超过750 N。开展了太阳翼地面试验验证和在轨飞行验证,结果表明,该高刚度太阳翼满足敏捷卫星在轨长时间快速机动的使用要求。     

复合材料人形杆压扁过程数值模拟分析

为了避免超弹性杆因应力集中而产生疲劳裂纹,延长其使用寿命,借助于ABAQUS软件,采用S4R壳单元和粘结单元,建立了人形杆复合材料压扁有限元模型。利用显示动力学法对人形杆压扁过程进行了非线性数值模拟分析,分析单一材料、两种材料铺层方式和不同铺层角度时人形杆各层应力特点,进而选取出应力最小的铺层方法。该研究对可展开机构中人形截面超弹性杆复合材料最佳铺层方式的合理选取具有重要意义。