太阳翼重复锁定与释放机构设计与分析

论文摘要

太阳翼在空间发射时需要收拢于航天器侧面,入轨后展开供电。由于航天器的复杂性和高耗电性,太阳翼通常由多块太阳能帆板组成,其展开到位后需锁定,在变轨过程中又需收拢并重复展开太阳翼,因此需开发太阳翼的重复锁定与释放机构。同时要求所设计的锁定与释放装置轻质、锁定刚度好、重复性高、可靠性高。重复锁定与释放机构能否可靠工作关系到太阳翼能否顺利完成工作要求。根据锁定机构不同的锁定对象和锁定方式,在借鉴国内外可展开构件锁定与释放机构的基础上,提出四种满足技术要求的太阳翼重复锁定与释放功能机构的设计方案,并优选出一种方案进行分析、设计与加工。基于多体系统动力学理论,对柔性太阳帆板的旋转变形和平移变形进行分析。根据Jourdain速度变分原理和切断铰的约束方程,建立撞击力动力学模型,确定约束铰链处的撞击力;并应用ADAMS软件对其板间展开阶段的撞击过程进行仿真和对比研究,分析撞击力对材料的强度和航天器姿态的影响。利用半解析法对大型柔性太阳电池翼模态进行计算,应用有限元法对太阳翼重复锁定机构的锁定状态进行模态分析,验证其锁定刚度。通过对所建模型的改进和分析,验证所设计机构的可行性和可靠性;完成原理样机的制造和性能实验,验证所设计机构的有效性和正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外的研究现状
• 1.3.2 国内的研究现状
• 1.3.3 锁定与释放功能机构节点类型及锁定方式
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 太阳翼重复锁定与释放机构结构设计
• 2.1 重复锁定与释放功能机构的设计指标
• 2.2 重复锁定与释放机构方案设计
• 2.2.1 锁定点分析与选择
• 2.2.2 重复锁定与释放机构方案综合
• 2.3 太阳翼重复锁定与释放机构结构设计
• 2.3.1 驱动装置设计
• 2.3.2 传动装置设计
• 2.3.3 锁定与释放执行机构的设计
• 2.3.4 太阳翼重复锁定与释放机构的总成及加工
• 2.4 关键参数的分析与静力学计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 太阳翼展开阶段锁定撞击特性分析
• 3.1 展开锁定撞击物体关系及接触碰撞理论模型
• 3.2 柔性物体间运动学关系
• 3.2.1 邻接物体坐标系
• 3.2.2 单个物体的运动学关系及方程
• 3.2.3 临接物体运动学递推关系
• 3.3 太阳翼展开阶段动力学方程
• 3.3.1 切断铰的约束方程
• 3.3.2 动力学方程
• 3.4 太阳翼展开阶段锁定撞击力计算
• 3.4.1 计算公式的推导
• 3.4.2 太阳翼展开阶段撞击力计算
• 3.5 太阳翼展开锁定冲击仿真分析
• 3.5.1 太阳翼锁定与释放机构的结构和建模方法
• 3.5.2 动力学仿真分析
• 3.6 仿真结果与理论计算结果比较及分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 太阳翼重复锁定与释放有限元分析及实验
• 4.1 太阳翼锁定与释放机构的有限元分析
• 4.1.1 锁定部件的力学分析
• 4.1.2 整体模态分析
• 4.2 重复锁定与释放机构实验
• 4.2.1 振动实验原理及设备
• 4.2.2 振动实验结果及分析
• 4.2.3 样机工作实验
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历