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面向中小型航天器的锥—杆式对接机构柔性壁面设计研究

作　者: 韩伟
导　师: 黄奕勇
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 自主在轨服务航天器对接机构接触碰撞 ANSYS/LS-DYNA 缓冲阻尼系统
分类号: V526
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 32次
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内容摘要

在轨服务技术的发展促进了空间自主对接技术的发展,空间自主对接需要有小型快速的通用对接平台,围绕对接机构设计过程中缓冲阻尼系统的设计,本文进行了相关研究工作,主要内容包括以下几个方面:首先,对国内外早期到正在研发的对接机构进行了分析总结,比较了不同机构形式对于空间任务的适应性,对交会对接和在轨服务相关技术进行了总结,并指出了自主对接技术的发展方向,即需要对接机构具有通用性,快速性,能重复使用的特点。然后,介绍了小型自主对接机构的组成,提出了采用柔性对接锥作为缓冲阻尼系统的方案;分别针对采用普通对接锥的对接机构和采用薄板组合锥作为缓冲阻尼系统的对接机构碰撞过程进行了分析,建立了接触碰撞动力学模型;在此基础上,对动力学方程进行了求解,并分析了薄板组合锥情况下不同参数的变化对对接机构动力学特性的影响规律。接着,利用ANSYS/LS-DYNA建立了分析模型,并进行了有限元求解;将有限元程序结果与理论结果进行了对比,从而验证了理论分析的可靠性;对薄壁对接锥方案进行了有限元分析,着重研究了薄壁对接锥作为缓冲阻尼系统的性能对对接过程的影响。最后,详细介绍了一套对接机构碰撞实验系统,并利用该系统开展了碰撞实验;将实验结果与理论结果、有限元结果进行了对比分析,进一步验证了理论模型与有限元模型的正确性。总之,计算结果表明,与普通对接锥相比,柔性锥能够将碰撞力峰值减小50%以上。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-19
  1.1 论文研究背景及意义  11
  1.2 空间交会对接技术的发展概况  11-17
    1.2.1 空间交会对接技术发展概况  11-13
    1.2.2 对接机构的发展  13-17
  1.3 论文主要研究内容  17-19
第二章小型自主对接机构碰撞过程动力学模型研究  19-45
  2.1 小型自主对接机构的组成  19-20
  2.2 碰撞过程动力学模型  20-44
    2.2.1 动力学模型简化  20
    2.2.2 动力学建模（薄板组合锥）  20-39
    2.2.3 动力学建模（普通对接锥）  39-44
  2.3 本章小结  44-45
第三章有限元分析  45-54
  3.1 普通对接锥  45-48
    3.1.1 几何模型建立  45
    3.1.2 单元类型的选择  45
    3.1.3 网格划分  45-46
    3.1.4 定义界面接触  46
    3.1.5 求解  46
    3.1.6 理论结果与有限元结果比较  46-48
  3.2 薄板组合锥  48-49
    3.2.1 几何模型建立  48
    3.2.2 单元类型的选择  48
    3.2.3 网格划分  48
    3.2.4 定义界面接触  48
    3.2.5 理论结果与有限元结果比较  48-49
  3.3 薄壁对接锥  49-52
    3.3.1 几何模型建立  49-50
    3.3.2 单元类型的选择  50
    3.3.3 网格划分  50
    3.3.4 定义界面接触  50
    3.3.5 结果分析  50-52
  3.4 本章小结  52-54
第四章实验分析  54-59
  4.1 实验方案设计  54-56
    4.1.1 实验系统组成  54-55
    4.1.2 实验件构型与安装方式  55
    4.1.3 实验流程  55-56
  4.2 实验结果分析  56-58
  4.3 本章小结  58-59
结束语  59-60
致谢  60-62
参考文献  62-64
作者在学期间取得的学术成果  64

面向中小型航天器的锥—杆式对接机构柔性壁面设计研究

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