基于豆荚杆的三棱柱式可展开薄膜支撑臂设计与优化

大型可展开支撑臂具有广泛应用于空间任务的潜力,传统的可展开支撑臂主要采用的是合金材料,而可展开豆荚杆作为一种轻型复合材料会大大降低空间结构整体质量。结合薄膜天线的应用背景,提出一种基于豆荚杆的三棱柱式可展开薄膜支撑臂形式,并进行设计与优化。建立豆荚杆支撑臂的参数化模型,分析豆荚杆刚度参数与几何参数的关系,根据支撑臂设计目标函数分析选择豆荚杆截面参数。研究三棱柱式豆荚杆支撑臂动力学优化模型,对支撑臂单元数、框架管外径和厚度、斜拉索直径和预应力等进行优化设计,实现薄膜支撑臂最小质量基频比。分析绳索预应力和单元数量的优化结果,研究参数优化对支撑臂力学性能的提高作用。     

铝蜂窝结构的冲击动力学性能的试验及数值研究

通过分析蜂窝胞元中取出的Y型单元,推导了正六边形蜂窝胞元的相对密度计算公式,并分析了蜂窝的典型动态压溃过程;通过自制刀具切割蜂窝板得到了外径为西Φ100的三种规格(0.06 mm(胞元壁厚t)×4 mm(胞元边长l)×60 mm(试件高h)、0.06 mm(t)×6 mm(l)×30 mm(h)和0.06 mm(t)×10 mm(l)×50 mm(h))的蜂窝试件,并在标准冲击试验机上得到了它们在5m/s名义初始压溃速度下的应力-应变曲线;在保证与试验条件相同的前提下,简化蜂窝单元为Y型单元,辅以适当的边界条件,通过数值方法研究了此三种蜂窝试件的动态压溃过程,并将得到的应力-应变曲线与试验得到的应力-应变曲线作了比较,发现它们吻合的很好;最后将理论得到的弹性坍塌应力和塑性坍塌应力与相应的试验值和仿真值进行了对比,发现塑性坍塌应力的仿真值和试验值比较接近,而理论值则小于它们.最后结合蜂窝片标准冲击试验结果设计出可用于着陆缓冲装置着陆缓冲的蜂窝减振器,试验结果表明缓冲后加速度的试验值和设计值吻合的较好.     

空间大型结构体在轨组装单元及对接接口研究

近年来,在轨服务技术日趋成熟,因此在空间技术研究领域在轨组装受到了较高的关注度.研究了一种大折展比高刚度索杆张拉式六棱柱组装单元及三爪式对接接口机构,并对其运动学及动力学特性进行了研究.首先,提出并设计了一种新型的空间结构组装单元和一种结构为三爪式的对接接口,进行在轨组装时可应用该接口.接着,分析了空间结构组装单元的运...     

空间索杆铰接式伸展臂参数设计与精度测量

结合空间索杆铰接式伸展臂在航天工程中的应用,基于伸展臂从航天器伸出且前端支撑负载的在轨工作状态,运用欧拉梁理论建立了悬臂式伸展臂理论分析模型。分析了工作状态下伸展臂与负载系统的固有频率和根部弯曲强度,提出了基于伸展臂固有频率限制和根部弯矩限制的伸展臂参数设计方法。通过算例分析了伸展臂线密度、半径、纵杆截面面积等主要设计参数与伸展臂固有频率和根部弯矩之间的关系。研制了伸展臂原理样机,其弯曲刚度和抗弯强度分别为0.388 MN.m2和562.12 N.m,验证了伸展臂具有较高的刚度和强度。对伸展臂物理样机的地面重复展开定位精度进行了测量实验,其轴向、水平、竖直方向上的重复展开精度分别为0.127 mm、0.645 mm和0.588 mm,证明了伸展臂具有较高的重复展开定位精度。     

基于增量谐波平衡法的含索铰可折展桁架非线性动力学特性

为了揭示含索铰可折展桁架的非线性动力学行为,建立了考虑铰链间隙、刚度和阻尼及索非线性特性的可折展桁架纯弯曲动力学模型。对非线性动力学方程进行一次泰勒展开和参量的多次谐波描述,实现了非线性动力学方程到代数方程的转化,通过迭代进行非线性动力学系统的响应计算。并利用龙格库塔方法对非线性系统进行数值分析,与增量谐波平衡(IHB)法进行对比,验证了IHB法计算的正确性。以激振频率为变化参数,对悬臂支撑的含索铰桁架结构进行解的稳定性分析,得到铰链间隙、铰链刚度、激振力和索对结构响应稳定性的影响。基于IHB法可快速准确的进行多自由度可折展结构动力学求解,为研究大型折展桁架的动力学行为奠定了基础。     

铝蜂窝串联缓冲结构静态压缩仿真与试验研究

为更好设计多级铝蜂窝缓冲结构,为星球着陆器缓冲结构设计提供理论依据,对串联式铝蜂窝结构进行静态压缩的仿真与试验研究。针对仿真模型规格的多样性,为提高仿真效率,基于PCL语言编写参数化建模分析程序,实现有限元模型的自动建立。通过与理论公式及试验结果对比,证明有限元模型可准确计算串联铝蜂窝缓冲结构受静态压缩载荷作用下的平均应力及极限应变值,能准确提供整个变形过程铝蜂窝所受载荷信息。与传统的试验方法相比,该有限元仿真模型计算成本低、不受试验条件限制,且有较高的计算精度。仿真与试验研究表明,对同一尺寸蜂窝,与单个铝蜂窝缓冲器相比,串联式组合铝蜂窝缓冲器能吸收更多的能量。     

空间索杆式伸展臂展开过程力学分析与仿真

简要介绍了空间索杆式伸展臂的展收、刚化原理及驱动原理,并对索杆式伸展臂的展开过程进行了详细的力学分析,计算了展开过程中临界刚化时刻的驱动力矩和需要的电机功率;运用ADAMS软件对索杆式伸展臂的展开过程进行了仿真,并对刚性平面的速度、加速度、角速度,以及角加速度曲线进行了分析.     

弹簧展开铰链锁定冲击及减小冲击方法

为减小空间可展开机构中弹簧展开铰链应用时易产生的冲击,通过拉格朗日方程与赫兹方程,提出铰链展开末端的冲击加速度和冲击力矩的计算方法,分析影响冲击力矩大小的主要因素,首次从组合机构的角度,提出间歇性运动机构和耗能型机构两种降低弹簧展开铰链展开末端冲击的设计方案,从能量的角度讨论两种机构减小铰链冲击方法的作用效果.对两种降低铰链冲击的机构进行三维建模,并对模型进行仿真验证.仿真结果表明:间歇性运动机构和耗能型机构分别可以使冲击力矩减少约90%和31%.研制两种低冲击铰链机构样机,并进行试验和测试,冲击加速度测量结果表明,间歇性运动机构和耗能型机构可以分别使铰链展开末端冲击速度降低约95%和40%.     

空间可展开三棱柱伸展臂设计与优化

空间伸展臂作为空间折展机构中形式最丰富、研究最早、应用最广泛的一维空间折展机构,其主要作用是展开柔性太阳能帆板,支撑网状天线、合成孔径雷达、太空望远镜等。以三棱柱式伸展臂为研究对象,对伸展臂的展开方式和几何参数进行设计分析。基于几何非线性有限元理论,建立含空间桁架及预应力绳索的可展开伸展臂单元模型,然后建立含多可展开单元的大型伸展臂的几何非线性动力学模型。通过Matlab编程计算伸展臂的基频,得到影响伸展臂基频的关键因素,并以伸展臂的基频为优化目标,质量为约束条件,采用遗传算法对伸展臂进行优化设计。研制可展开三棱柱伸展臂样机,对伸展臂进行折展功能及参数优化设计验证试验。结果表明所设计的三棱柱伸展臂可顺利折展,所做的优化设计有效可行。通过该方法可以对特定任务需要的伸展臂进行优化设计,在满足约束条件的情况下,达到基频最高,对伸展臂的设计提供参考。     

空间太阳能电站大折展比体展开桁架机构

发展空间太阳能电站技术具有极其重要的战略意义,受运载火箭运输能力的限制,提出了一种可实现三维体展开的桁架机构作为空间太阳能电站的主结构。通过多方案对比分析,构建了可展桁架基本组成单元,在确定了驱动原理的基础上,进行了可展桁架运动学分析,验证了驱动方案的可行性。基于能量相等原理,建立了桁架连续梁等效模型,分析了运动学特性,并进行了参数优选。最后,研制了缩比原理样机,进行了展开试验、刚度测试试验及动力学试验。结果表明,该可展桁架具有较大的折展比及较轻的质量,铰链间隙是影响系统刚度的关键因素。