封面图片说明

正封面图片来自本期论文"变构型桁架式卫星平台结构设计与性能评价",是哈尔滨工业大学邓宗全院士团队设计的可重复变构型桁架式卫星平台构型的示意图.针对未来大型通信卫星内部有效载荷维修可达的需求,将空间折展机构与传统桁架式卫星平台结构相结合,设计了6种可重复变构型桁架式卫星平台构型.提出了评价变构型卫星平台性能的主要指标,包括结构质量、惯量变化率、整流罩面积利用率、展开表面积比、展收状态下振动频率、设备布局影响和折展机构复杂度等.分析了6种变构型桁架式卫星平台构型的上述性能指标,采用层析分析法得到各个性能指标的权重,基于模糊综合评价法优     

面向空间应用的3-R(SRS)RP多环机构操作臂结构设计及逆运动学分析

针对空间在轨操作任务需求,为了得到高刚度、高强度、多活动度和大工作空间的操作臂,将多个3-R(SRS)RP多环机构模块串联组成多环机构操作臂.基于多环机构构型,提出一种空间操作臂整机结构设计方案:包含SRS复合铰链结构设计、多环机构模块结构设计、多环机构系统结构设计.SRS复合铰链的结构设计是基于一种改进的球副机构展开,该球副构型可复合双球副及额外转动副,且所有运动轴线相交于一点,提高了运动精度并简化了运动学模型.模块及系统结构设计主要表现在多环机构模块之间的连接平台和连接杆件的结构规划,以保证动、静平台上转动副轴线重合,满足折展和弯曲等运动需求,并解决了运动链耦合时的结构干涉问题.此外,建立了多环机构模块及系统的逆运动学模型,并进行了逆运动学分析.通过数值求解其工作空间发现,三模块操作臂在工作空间即可实现大的可达工作空间及弯曲角度.这一结论为后续样机的研制提供了理论基础.     

模块化构架式空间可展天线支撑桁架展开精度测量与分析

为研究金属网面式可展天线支撑桁架对反射器表面形面精度的影响,开展模块化构架式空间可展天线支撑桁架展开精度测量试验及分析研究,根据支撑桁架的结构特点,基于机器人学基本理论,建立关键节点空间数学模型,设计悬吊随动式微重力展开试验装置,采用数字近景摄影测量原理,对支撑桁架的展开精度进行测量试验,并从支撑桁架的形面精度、重复展开精度和关键节点误差等3个方面进行分析。试验结果表明:支撑桁架上关键节点的均方根误差(RMSE)值较小,由关键节点构成的曲面其形面精度较高;支撑桁架在多次重复展开试验中,关键节点中最大误差小于1 mm,结构展开的一致性较好;完全展开后,关键节点的实测值与理论值接近,支撑桁架的制造及安装精度较高。提出的测量和分析方法为其他类型金属网面式可展天线支撑桁架展开精度的研究提供了借鉴和参考。     

伸展臂根部锁定机构的设计与运动分析

分析了一维伸展臂完全展开后与承栽筒之间的稳定锁定机构的设计原理,提出了能够实现无独立驱动动力源的锁紧原理,确定了根部锁紧机构采用双滑块伸缩连杆锁紧机构.通过分析,使伸展臂的根部锁紧机构简化为一种带弹簧的双滑块机构.首先根据此机构的运动分析,利用拉格朗日方程获得了滑块2(水平移动滑块)的位移和速度表达式.通过编程来分析验证理论分析的正确性,又进一步通过分析滑块2的运动对弹簧刚度和连杆的长度进行了确定.     

CORS在城市供水管线定位中的应用

供水管线系统是否完善是衡量城市规划是否合理的重要指标,其中设施的定位至关重要,将直接影响到整个管线系统的质量及维护更新和事故排查的效率。针对供水管线分布密度高、更新速度快、类型复杂等特点,CORS是一种实用有效的测量定位方法。本文研究CORS在城市供水管线测量定位中的应用,结合武汉市管线设施竣工测量的案例,用多项指标验证了成果的精度及该方法的可行性,并结合其他定位方法分析,为供水管线设施的定位提供参考意见。     

单自由度机械动力学分析方法-动态静力法

单自由度机械在生产实践中经常遇到,对于其动力学分析方法中的动态静力法进行了系统的介绍。给出了使用该方法进行动力学分析的详细步骤。通过用该方法来解决典型的反正弦连杆机械系统动力学问题,进一步阐述了该方法在进行机械动力学分析过程中的运用。     

六棱柱模块化可展开天线索网结构设计与分析

为更好地研究天线索网结构对展开态形面精度的影响机理,针对六棱柱模块化天线构型,提出一种六边形索网结构高精度几何设计方法。首先,根据支撑结构特点、工作波段及天线形面方程等参数,开展了天线索网构型设计,建立了形面精度与索长、索段等分数间的参数化模型,并基于机器人学齐次坐标变换理论,建立了考虑悬垂效应的边界节点数学模型;其次,以实际应用工程案例作为比较,对上述模型进行了验证,并在六棱柱单模块样机上对索网结构进行了实物研制,对误差进行了分析与研究;最后,开展了多参数影响分析,研究了展开口径、抛物面方程、网格密度等参数对形面精度的影响规律。研究结果表明：索段实测绝对误差均值约为4.9 mm,相对误差均值约为3.38%,实测值与理论值吻合良好;索网形面误差减小的趋势随着索段密度的增加相对变缓;采用增大反射面焦距、降低天线口径等方式可有效改善索网精度。该研究可为后续索网结构找形分析、形面精度调整及同类天线索网结构的研究等提供借鉴与参考。     

空间薄壁弹性伸杆力学特性分析

为研究弹性伸杆的力学性能,对其压平、拉平过程中的能量与外载荷的变化以及刚度进行了分析. 首先对弹性伸杆的刚度进行了理论分析,找出了影响弹性伸杆刚度的参数. 之后通过ABAQUS对弹性伸杆的拉平与压平的过程进行了仿真分析,并运用控制变量法分析了各项参数对刚度的影响. 仿真结果表明,拉平与压平过程中的能量变化基本一致,而压平所需要的外载荷较小. 增大弹性伸杆的弧段半径、铺层数量和中心距,相同载荷下的弹性伸杆的变形量会逐渐降低. 通过对仿真结果的分析可知,在拉平与压平的开始阶段外载荷较小,外载荷的峰值出现在拉平与压平的最终阶段,增大弹性伸杆的弧段半径、中心距和铺层数量能够有效提高弹性伸杆的刚度.     

考虑横向曲率的超弹性铰链纯弯曲非线性力学建模与实验

超弹性铰链依靠自身大挠度弹性折叠存储的弹性势能实现弹性展开,在卫星天线、太阳翼和空间探测任务中具有重要应用价值。基于Calladine壳体理论和冯卡门薄板大挠度理论,提出了纯弯曲状态下各项同性材料超弹性铰链的总应变能解析模型。该模型综合纵向拉伸、纵向弯曲和横向弯曲曲率的影响,并利用最小势能原理推导出非线性弯曲力矩;通过数值研究分析几何参数对峰值力矩的影响,搭建试验平台验证解析模型的准确性;加工12种不同曲率半径、厚度和中心角的镍钛合金超弹性铰链样件;通过试验测量出每个样件在同向和反向弯曲准静态折叠时的峰值力矩,验证了理论模型的准确性。该研究可以用来分析和测试其它类似薄壁超弹性铰链在纯弯曲状态下的峰值力矩,对于设计超弹性铰链具有重大意义。     

Kresling和Miura折痕混合型三指机械手的运动学分析及其设计

提出了一种基于Kresling和Miura折痕的混合型三指机械手,该手具有抓取范围大、结构简单和灵活性高的特点。首先,对Kresling折痕进行几何分析,建立了Kresling折痕参数与应变能之间的关系方程。利用坐标法建立了多层Miura折纸单元的力矩与指节长宽比之间的关系方程;在此基础上利用虚功原理建立了混合型单元的各个参数之间关系的数学模型,并采用D-H（Denavit-Hartenberg）坐标法计算出末端点的分布来确定机械手的工作空间;采用力矩平衡的方法,分析了机械手对圆柱体和长方体分别进行指尖抓取和包络抓取的情况,得出了各接触力与各关节角之间的关系。