月面巡视器转移机构设计与分析

论文摘要

作为距离地球最近的天体,月球拥有着丰富的矿产资源和极高的开发利用价值,对人类的发展具有重要的意义。近年来,随着国际新一轮月球探测高潮的出现,月球探测也已成为我国航天事业发展的重点方向之一。巡视器转移机构作为探月二期工程的关键分系统之一,其主要功能是将巡视器安全地从着陆器顶板转移至月面,直接决定着探月工程的成功与否。因此,研究巡视器转移技术对我国的探月工程和其它深空探测活动都具有重要的意义。本课题是围绕月面巡视器转移技术展开的,将对月面巡视器的转移机构进行了方案设计、结构设计和分析。本文首先根据转移机构的功能要求和技术要求,综合考虑着陆姿态的影响,提出了几种设计方案并分析优缺点,最终确定摆臂式转移机构为最优方案并完成相应的结构设计和机械接口设计。接着,应用ADAMS软件对转移机构进行了动力学仿真计算,得到转移机构在各种工况下的载荷数据,并对动力裕度进行计算,验证设计是否满足要求。然后,应用有限元软件ANSYS对转移机构进行静力分析、模态分析和谐振响应分析,分析结果表明转移机构的强度和刚度满足设计要求。最后,为了验证转移机构的可行性,研制了试验样机并进行了大量的地面模拟试验。试验结果表明所设计转移机构能较好的满足巡视器转移需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 转移机构的研究现状
• 1.2.1 国外的研究现状
• 1.2.2 国内的研究现状
• 1.3 现有转移技术总结
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 转移机构的结构设计
• 2.1 设计依据
• 2.1.1 坐标系定义
• 2.1.2 功能要求
• 2.1.3 技术要求
• 2.1.4 月面坡度与石块影响分析
• 2.1.5 着陆姿态影响分析
• 2.2 方案设计
• 2.3 摆臂式转移机构工作原理
• 2.4 主要部件设计
• 2.4.1 摆臂
• 2.4.2 外展铰链
• 2.4.3 联结分离机构
• 2.4.4 摆臂铰链
• 2.4.5 动力缓释机构
• 2.4.6 举升框
• 2.4.7 举升推臂机构
• 2.4.8 压紧释放机构
• 2.5 机械结构接口设计
• 2.5.1 安装机械接口
• 2.5.2 与巡视器的接口
• 2.6 本章小结
• 第三章 转移机构的宏观力计算与性能分析
• 3.1 宏观力计算
• 3.1.1 计算模型
• 3.1.2 极限工况
• 3.1.3 结果分析
• 3.2 力矩裕度分析
• 3.2.1 驱动力矩裕度分析
• 3.2.2 缓释力矩裕度分析
• 3.3 可靠性分析
• 3.3.1 可靠性模型
• 3.3.2 可靠性指标分配
• 3.3.3 可靠性预计
• 3.4 本章小结
• 第四章 转移机构的有限元力学特性分析
• 4.1 有限元分析基础
• 4.1.1 静力分析基本理论
• 4.1.2 模态分析基本理论
• 4.2 力学环境
• 4.3 静力分析
• 4.3.1 材料的性能参数
• 4.3.2 过载工况的静力分析
• 4.3.3 极限工况的静力分析
• 4.4 模态分析
• 4.4.1 边界条件
• 4.4.2 结果分析
• 4.5 频率响应分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 试验验证
• 5.1 试验样机简介
• 5.2 试验
• 5.2.1 试验目的
• 5.2.2 试验环境
• 5.2.3 试验验证
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的论文
• 附录B 转移机构工况分析结果