空间飞行器对接机构分离的动力学仿真研究

论文摘要

空间对接技术属于航天工程重要的研究领域,其中在地面条件下如何实现六自由度对接机构的虚拟则是其关键技术之一。本论文首先综合评述了航天器对接机构研制的背景及其在国内外的发展现状,并对基于虚拟样机技术的动力学仿真技术的应用和发展作了综述。针对航天器对接机构冲击与分离动力学问题,基于MSC.ADAMS平台,根据相关参数建立了航天器对接机构的几何模型,并通过定义刚体、添加约束、施加载荷等工作,构建了航天器对接机构的虚拟样机机械系统模型。以此为基础,实现了航天器对接机构分离过程的动力学仿真分析,分析了该冲击分离系统的动力学响应。应用航天器姿态动力学及利用牛顿—欧拉法分别建立了具有六自由度和五自由度的分离机构动力学模型,并对其进行了动力学分析。上述模型的分析结果与基于虚拟样机技术的仿真结果吻合较好。分析结果表明:在分离过程中,主动端在坐标轴Y方向角速度变化不受环境应诉影响。最后,本文通过参数化分析方法,进一步研究了对接过程中是否同步以及地面试验中重力对整个分离过程的影响程度。本文利用虚拟样机技术实现了航天器对接机构分离过程的仿真与分析,可大大提高航天产品研制效率,缩短设计周期,并对航天器对接与分离时的姿态动力学研究具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 对接技术的国内外发展概况
• 1.2.1 对接机构的设计要求
• 1.2.2 对接机构的分类
• 1.2.3 对接机构发展过程和对接功能原理
• 1.2.4 我国对接技术发展概况
• 1.3 虚拟样机技术概况
• 1.3.1 虚拟样机技术特点
• 1.3.2 虚拟样机技术核心理论
• 1.3.3 虚拟样机技术的发展
• 1.3.4 虚拟样机技术国内外研究现状
• 1.4 空间对接机构的研究意义
• 1.5 主要研究内容和论文的结构安排
• 第二章 基于ADAMS 的对接机构建模
• 2.1 MSC.ADAMS 分析软件
• 2.1.1 MSC.ADAMS 软件的主要特点
• 2.1.2 MSC.ADAMS 软件坐标系的选取
• 2.1.3 MSC.ADAMS 软件的分析过程综述
• 2.1.4 MSC.ADAMS 在工程中的用途
• 2.1.5 虚拟样机模型的建立步骤与原则
• 2.2 对接机构模型建构
• 2.2.1 对接机构的分离过程的工作原理
• 2.2.2 多刚体建模
• 2.2.3 三维模型的建立
• 2.2.4 施加约束
• 2.2.5 施加载荷
• 2.2.6 定义测量点
• 2.2.7 添加传感器
• 2.2.8 描述式仿真
• 2.3 本章小结
• 第三章 动力学仿真与参数化分析
• 3.1 动力学仿真
• 3.1.1 仿真技术方案
• 3.1.2 仿真结果后处理
• 3.1.3 仿真最终结果与分析
• 3.2 参数化分析
• 3.2.1 MSC.ADAMS 软件的用户化设计
• 3.2.2 参数化仿真结果与分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 对接机构分离过程的理论分析
• 4.1 建立数学模型
• 4.1.1 航天动力学发展简介
• 4.1.2 欧拉方程式的推导
• 4.1.3 主动端动力学数学模型的建立
• 4.2 仿真结果及验证
• 4.2.1 MATLAB 简介
• 4.2.2 MATLAB 计算结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 本文研究主要贡献及结论
• 5.2 对进一步研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文