基于ADAMS航天器太阳帆板展开与锁定动力学仿真

太阳帆板展开与锁定是航天器入轨后的重要操作之一,正确分析和预测柔性太阳帆板在展开与锁定过程对航天器本体姿态运动的影响是十分必要的。首先利用ANSYS有限元软件建立太阳帆板的有限元模型作为ADAMS中的柔性体,然后基于ADAMS建立了柔性太阳帆板在两种典型常见展开方式下的动力学仿真系统,一种展开方式为两侧太阳帆板同时展开;另一种展开方式为先展开一侧太阳帆板,经过一段时间稳定后再展开另一侧,分别仿真分析了这两种展开方式下太阳帆板展开与锁定过程的动力学性能以及航天器本体的姿态变化;设计了一种太阳帆板锁定机构,仿真结果表明这种锁定机构满足功能设计要求,对工程设计有一定的参考意义。     

串联机构的失谐动态响应分析

串联周期机构存在失谐动态响应并具有独特性,基于多体系统动力学理论和方法,提出了失谐机构建模方法并建立串联机构动力学模型。建立了太阳能帆板展开机构模型,仿真了随机失谐量下的失谐动态响应。结果表明,串联周期机构广泛存在失谐动态响应现象,失谐动态响应在机构系统局部存在。     

考虑多间隙的帆板式展开机构动力学分析

在轨运行的大型航天器都含有太阳翼等帆板式展开机构,这种机构发射时处于折叠状态,在轨时处于展开结构状态。帆板之间的铰链间隙对于航天器系统的在轨动力学行为会产生很大影响。利用Adams多体动力学分析软件构造了由卫星本体、帆板式展开机构、间隙铰链和柔性帆板组成的多间隙帆板式展开动力学模型,数值分析了在多间隙作用下展开过程的系统动力学特性,比较了不同间隙数目对系统动力学特性的影响。通过分析展开过程中铰链轴与孔体的接触碰撞力,发现间隙的增多会使轴孔碰撞更加强烈,次数更加频繁。通过分析帆板展开过程中的角加速度变化情况,得到了间隙铰碰撞对展开机构运行稳定性的影响。     

考虑多间隙的帆板式展开机构动力学分析

在轨运行的大型航天器都含有太阳翼等帆板式展开机构,这种机构发射时处于折叠状态,在轨时处于展开结构状态。帆板之间的铰链间隙对于航天器系统的在轨动力学行为会产生很大影响。利用Adams多体动力学分析软件构造了由卫星本体、帆板式展开机构、间隙铰链和柔性帆板组成的多间隙帆板式展开动力学模型,数值分析了在多间隙作用下展开过程的系统动力学特性,比较了不同间隙数目对系统动力学特性的影响。通过分析展开过程中铰链轴与孔体的接触碰撞力,发现间隙的增多会使轴孔碰撞更加强烈,次数更加频繁。通过分析帆板展开过程中的角加速度变化情况,得到了间隙铰碰撞对展开机构运行稳定性的影响。     

卫星太阳帆板展开的动力学仿真分析与应用

研究了卫星帆板展开对整星姿态的影响,优化了展开策略。对单块帆板的展开进行了理论建模,得到了转动角度和时间关系的解析解;结合某卫星工程实际对单块帆板进行了ADAMS动力学仿真,建立了更接近实际的ADAMS模型和参数设置。通过搭建的单块帆板展开试验机构进行展开试验,测得了驱动力矩、阻力矩等参数,并对理论模型和ADAMS模型进行了参数修正。修正后的结果显示理论计算、仿真和试验结果相差在5%以内。对于10.6kg帆板而言,驱动力矩每增加0.09N·m,展开时间缩短0.4~0.5s,冲击载荷相应增加400N左右。修正过的ADAMS模型可应用于整星帆板展开动力学分析,得到不同展开策略对卫星姿态影响的大小,为展开模式的选择、姿态精确控制提供参考依据。     

考虑不确定性的稳健优化设计研究

传统的稳健设计仅能处理含有随机不确定性参数的问题,以响应的均值和方差来评价。稳健优化设计同时考虑随机不确定性参数和认知不确定性参数,实现不确定性传播的基础上对问题设计参数的优化。采用证据理论来统一描述随机不确定性和认知不确定性,并介绍了描述不确定性时的不确定性传播和响应原理,提出了响应评价准则。最后,以测试系统为研究对象,采用证据理论结构进行不确定性传播,以提出的准则为判断标准,对优化过程进行了验证。     

基于ADAMS柔性体的分析及在太阳阵展开中的应用

先对ADAMS软件的柔性体建模的方法进行了介绍,并在MSCADAMS/View2005环境下建立了刚性太阳帆板的仿真模型,然后通过其中的一种方法,利用其新增功能把刚性帆板直接替换为柔性帆板时对卫星太阳阵的展开进行了仿真分析,并利用后处理模块对结果进行了比较,着重讨论了太阳阵本身的柔性对太阳帆板展开过程的影响。     

柔性关节机械臂不确定性及灵敏度分析

为了得到整个时间域内参数的不确定性对系统响应的影响,以双连杆柔性关节机械臂为研究对象,通过比较响应的95%置信区域上下边界之间以及每组置信区域之间的距离分析了具有随机不确定性、认知不确定性以及混合不确定性的参数对系统响应的影响。其中,概率论方法和区间方法分别用来处理参数的随机和认知不确定性,而参数的混合不确定性采用改进的双层循环蒙特卡罗方法处理。仿真结果表明参数的随机不确定性包含于混合不确定性分析中,因此考虑参数的混合不确定性能更具体地分析参数的不确定性对系统响应的影响,从而提高系统的可靠性设计。另外,该不确定性分析方法为分析参数在整个时域内对系统响应的灵敏度提供了理论依据。     

闭环柔性多体系统的多点撞击问题

用于结构方法和单向递推组集方法研究闭环的柔性多体系统的多点撞击问题。在撞击过程中,在切割铰中增加撞击铰,导出了以铰坐标和柔性体模态坐标为系统广义坐标的闭环柔性多体系统在撞击阶段的动力学方程。利用相对坐标下约束方程的Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子和利用绝对坐标下约束方程的Ｌａ－ｇｒａｎｇｅ乘子相等的关系求出切割铰的约束力,即撞击力。提出了撞击铰的切换方法。计算了卫星太阳电池卫帆板展开锁定时帆板之间多个接触处撞     

考虑参数不确定性的滚珠丝杠副耐磨损确信可靠性建模与分析

在传统的滚珠丝杠副的耐磨损可靠性计算中,通常只考虑随机不确定性,而未考虑认知不确定性,针对这一问题,基于不确定理论,建立了一种既考虑参数随机不确定性,又考虑认知不确定性的滚珠丝杠副耐磨性可靠度模型。首先,基于修正的Archard理论,建立了滚珠丝杠副的耐磨性模型;然后,通过引入不确定理论,建立了滚珠丝杠副的耐磨损确信可靠性模型,针对模型中耐磨损可靠度不确定分布无法求出的问题,提出了一种两层参数不确定仿真算法;最后,通过实例对所建立的可靠度模型和不确定仿真算法进行了分析计算,并分析了各参数不确定对丝杠耐磨损可靠性的影响。研究结果表明：考虑认知不确定性时的确信可靠度为0.656 522,而采用不考虑认知不确定性的蒙特卡洛法求得的可靠度为0.770 07;从计算结果可得,参数的不确定性会降低滚珠丝杠副的可靠度,导程角的不确定性对耐磨损可靠度的影响最大,其次是节圆直径、磨损系数、接触角、轴向载荷、适应比,滚珠直径的影响最小。该研究结果可以为滚珠丝杠副的优化设计和可靠性提升提供参考。