太阳翼重复折展锁解机构设计与仿真研究

论文摘要

折叠式太阳翼作为航天器在轨工作的主要电源设备,其折展锁解机构是折叠式太阳翼的关键部件,其性能直接影响太阳翼在轨展开及工作状况。开发具有重复折展锁解功能的折叠式太阳翼,实现飞船变轨运行或姿态调节控制时太阳翼的折叠,变轨结束或姿态控制结束后太阳翼的重复展开,对确保太阳翼正常与可靠工作、航天器的姿态稳定性及飞行安全性具有重要意义。本文以折叠式太阳翼为研究对象,对具有重复折展和锁解功能的折展锁解机构进行设计研究,主要研究工作包括:在综合分析太阳翼折展锁解机构国内外研究现状和趋势基础上,结合太阳翼重复折展锁解机构的应用背景及设计原则,提出太阳翼重复折展锁解机构的设计方案。基于多层次模糊综合评判原理对太阳翼重复折展锁解机构的设计方案进行综合评判,确定自平衡固定自锁双级螺旋式重复折展锁解机构为设计方案。从太阳翼重复折展锁解机构的驱动方式、锁定释放方式、传动特点、执行机构构型等方面入手,通过对双级螺旋式太阳翼驱动设计、关键部件的结构尺寸及强度计算,满足该太阳翼同步重复折展与锁解要求;通过太阳翼总体的装配分析,为后续物理样机加工提供条件。根据双级螺旋式重复折展锁解机构的传动顺序,简化关节铰的结构关系,进行双级螺旋式太阳翼展开运动学分析,并借助Kane方程建立该太阳翼展开动力学理论分析模型,获得该太阳翼各关节铰的驱动力矩、同步度及平面度。基于PRO/E三维模型及ADAMS软件建立重复折展锁解机构太阳翼虚拟样机动力学仿真模型,测定太阳翼展开速度、加速度、轴向位移及关节铰驱动力矩仿真值,用以验证理论建模的正确性;同时,该仿真值与理论计算值进行对比验证结构设计的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 太阳翼折展机构研究状况
• 1.2.2 太阳翼锁解机构研究状况
• 1.2.3 存在的主要问题
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 第二章 太阳翼重复折展锁解机构方案设计与优选
• 2.1 引言
• 2.2 太阳翼重复折展锁解机构设计原则
• 2.3 太阳翼重复折展锁解机构设计方案
• 2.3.1 设计方案的提出依据
• 2.3.2 间歇分流式设计方案
• 2.3.3 双级螺旋式重复折展锁解机构
• 2.4 太阳翼重复折展锁解机构设计方案评判与选定
• 2.4.1 多层次模糊综合评判基本原理
• 2.4.2 模糊综合评判指标体系与评价矩阵建立
• 2.4.3 权重集与模糊算子确定
• 2.4.4 设计方案模糊综合评判与选定
• 2.5 本章小结
• 第三章 双级螺旋式重复折展锁解机构总体结构设计
• 3.1 引言
• 3.2 双级螺旋式重复折展锁解太阳翼设计参数
• 3.3 双级螺旋式重复折展锁解太阳翼驱动设计
• 3.3.1 太阳翼驱动设计要求
• 3.3.2 驱动机构模块设计
• 3.3.3 五阶段S 曲线驱动原理
• 3.4 双级螺旋式重复折展锁解机构结构设计
• 3.4.1 双级螺旋运动关系设计分析
• 3.4.2 重复折展锁解机构具体结构设计
• 3.5 双级螺旋式重复折展锁解太阳翼总成
• 3.5.1 太阳翼连接架设计
• 3.5.2 太阳翼基板设计
• 3.5.3 太阳翼关节铰总体布局
• 3.6 本章小结
• 第四章 双级螺旋式重复折展锁解太阳翼展开力学分析
• 4.1 引言
• 4.2 双级螺旋式重复折展锁解太阳翼展开运动学分析
• 4.2.1 太阳翼关节铰运动关系简化
• 4.2.2 太阳翼展开正运动学建模与分析
• 4.2.3 太阳翼展开逆运动学建模与分析
• 4.2.4 太阳翼展开运动学算例
• 4.3 双级螺旋式重复折展锁解太阳翼展开动力学分析
• 4.3.1 Kane 动力学方程简介
• 4.3.2 太阳翼展开动力学建模与分析
• 4.3.3 太阳翼展开动力学算例
• 4.4 本章小结
• 第五章 双级螺旋式重复折展锁解太阳翼展开动力学仿真
• 5.1 引言
• 5.2 太阳翼展开ADAMS-Pro/E 联合仿真简介
• 5.2.1 ADAMS 简介
• 5.2.2 PRO/E 简介
• 5.3 太阳翼质量特性分析
• 5.3.1 太阳翼连接架及各基板质量特性
• 5.3.2 太阳翼关节铰质量特性
• 5.4 同步展开驱动仿真函数设计
• 5.5 基于ADAMS 太阳翼展开动力学仿真分析
• 5.5.1 太阳翼展开仿真建模
• 5.5.2 太阳翼展开动力学特性分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 Kane 动力学模型Matlab 计算式
• 攻读硕士学位期间的研究成果和参与项目情况