某伸展臂零重力试验装置设计及试验研究

论文摘要

随着空间技术的发展,空间飞行器变得越来越复杂,而且造价越来越高,并且在升空后一旦出现故障由于距离太远而很难维修。为了降低风险,必须在升空前进行零重力环境的模拟试验以验证飞行器的各项功能,而试验装置的设计则是其中关键技术之一。本文的试验对象为一大型网状卫星伸展臂,要完成伸展、回转等一系列动作。而对于这种带有三维运动的零重力试验一直是国际上的难点。本文在借鉴国际上零重力试验方法的基础上,选择了气悬浮、悬挂及配重等的组合的方式作为三维零重力模拟的解决方案。首先,本文介绍了零重力试验的重要意义及国内外零重力试验的研究现状及发展态势。其次,对国内外零重力试验方案进行了分析,确定了大型网状卫星伸展臂展开的零重力试验装置的设计方案,通过工程图设计、参数化建模及装配从而最终确定了装置的结构参数。通过运动学仿真以验证运动的无干涉性,并对试验装置进行了力学性能分析。为达到最佳的零重力的试验工况,对试验装置进行了参数优化,最后,对试验装置的关键承载部件气足进行了性能测试,从而最终确定了气足的选择类型。最终的伸展臂零重力展开试验数据表明,试验装置完成了各种展开动作,并达到了要求的试验精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 相关领域研究状况
• 1.2.1 国内外零重力展开试验的研究状况
• 1.2.2 现有仿真方法概述
• 1.3 本论文的主要内容
• 第2章 零重力试验方案的设计
• 2.1 引言
• 2.2 试验装置的功能
• 2.3 零重力试验装置方案设计与分析
• 2.3.1 试验方案一的设计
• 2.3.2 试验方案二的设计
• 2.3.3 试验方案三的设计
• 2.4 方案比较
• 2.5 本章小结
• 第3章 零重力试验装置的计算机辅助设计
• 3.1 引言
• 3.2 零重力试验装置的工程结构设计
• 3.3 基于PRO/ENGINEER的参数化建模
• 3.4 基于Mech/pro下的零重力试验的运动学仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 试验装置的干扰力矩分析
• 4.1 引言
• 4.2 大臂展开135°干扰力矩分析
• 4.2.1 电机启动力矩
• 4.2.2 电机运行力矩
• 4.3 大臂回转90°干扰力矩分析
• 4.3.1 力学方程的建立
• 4.3.2 仿真与结果分析
• 4.4 小臂展开165°干扰力矩分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于Pro/MECH下的托架灵敏度分析与优化设计
• 5.1 引言
• 5.2 Pro/MECHANICA环境下的托架的灵敏度分析
• 5.2.1 Pro /MECHAN I CA Structure模块简述
• 5.2.2 灵敏度分析的分类
• 5.2.3 托架的局部灵敏度分析
• 5.2.4 托架的全局灵敏度分析
• 5.3 基于Pro/MECHANICA环境下的托架的优化设计
• 5.3.1 托架优化目标、约束及优化参数的设定
• 5.3.2 优化设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 试验研究
• 6.1 引言
• 6.2 气足承载能力的试验研究
• 6.2.1 气足承载试验的试验装置
• 6.2.2 大气足承载能力试验
• 6.2.3 小气足承载能力试验
• 6.2.4 偏载状况下的气足承载能力试验
• 6.3 伸展臂展开的零重力试验
• 6.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 简介