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.     

基于双层可展单元的空间伸展臂设计与分析

空间伸展臂广泛应用于航空航天领域.现有空间伸展臂的可展单元构型设计相对单一,所以提出了一种基于双层可展单元的空间伸展臂,设计制造空间伸展臂实物样机.通过多项式响应面法,建立起双层可展单元的基频代理模型.分析单元基频、折展比与单元基本结构参数之间的关系,得到了单元基频图谱和折展比图谱.通过Simscape进行伸展臂展开运动仿真,得到了伸展臂展开过程的运动特性和驱动特性,并通过伸展臂的地面展开试验进行验证.通过ANSYS进行伸展臂展开后的模态仿真和拉压、弯曲、扭转载荷下的静力学仿真,发现侧面拉索可以有效提升伸展臂的基频和静力学刚度.     

索驱动堆内检测机械臂设计及控制分析

球床模块式高温气冷堆堆芯构件检测机械臂采用索驱动的方式来避免内部恶劣环境对驱动单元的影响,由于索驱动传动距离长,故检测机械臂稳定性及控制精度受温度、钢丝绳张力等影响。通过在检测机械臂内部设计基于张力轮的绳索自锁装置,提高了机械臂的稳定性,并消除了长距离传动下温度变化等因素对索驱动传动精度的影响。综合考虑传动距离、弹性变形及机械臂关节耦合等影响,对钢丝绳位移进行误差分析,提出长距离下索驱动位移补偿控制策略。基于ADAMS/Cable模块建立索驱动机械臂虚拟样机,验证了位移补偿控制策略的准确性。     

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.     

三棱柱桁架式空间伸展臂的设计与分析

空间大型一维伸展臂是航天机构中的重要驱动组件;其在大型展开天线、太阳帆和望远镜的支撑骨架、太空机械手以及空间平台的建设中起重要作用。设计了一种剪叉机构和Sarrus机构组合的伸展臂单自由度空间展收单元;可通过串接该单元得到单自由度大型三棱柱桁架式空间伸展臂。给出了展收单元和伸展臂的折展比方程;建立了伸展臂机构的运动学与动力学模型;并对其展开过程进行了仿真。分析了展开过程与展开到位时伸展臂的静力学;加入Sarrus机构后伸展臂展开到位的承载能力大幅提高。制作了两单元串联的桁架式伸展臂样机;并开展了相关试验;验证了设计的可行性。     

空间伸展臂折展单元展开运动特性分析

基于对国内外空间伸展臂机构研究状况分析,提出一种四棱柱型剪叉式空间伸展臂。在分析伸展臂工作原理的基础上,确定折展单元(剪叉单元)的构型特征,并基于螺旋理论求解伸展臂折展单元运动度,验证四棱柱型剪叉式空间伸展臂的运动单一性和折展稳定性。据此,分析空间伸展臂折展单元的几何特性,获得折展单元轴向展开运动规律线图,并利用所研制的原理装置在低重力模拟环境下完成伸展臂展开性能和重复展开精度测试,结果表明四棱柱型剪叉式空间伸展臂满足空间折展机构的功能需求。     

空间伸展臂的根部锁紧机构研究

根据空间伸展臂的结构和功能,提出了一种双滑块伸缩连杆形式的锁紧结构,在伸展臂完全展开后实现对其根部的锁紧和定位,并结合伸展臂的结构和工作原理,对锁紧机构进行了设计。通过相关的的受力分析,确定了轴向增力结构的尺寸关系和锁紧滑块的锥角和导向长度。锁紧机构能够简单有效地完成空间伸展臂的锁紧和定位功能,相应的结构尺寸也为其功能的实现提供了进一步的保障。     

薄壁管状空间伸展臂技术综述

介绍了可收拢管状伸展臂(STEM)和可盘卷管状伸展臂(CTM)这两类薄壁管状空间伸展臂的工作原理,并调研了国内外基于该类伸展臂的典型应用,如空间并联机构、可展天线、太阳帆展开机构等。总结分析了薄壁管伸展臂结构与机构设计、仿真分析与试验、成型工艺等关键技术,并对我国在该技术领域的发展提出了开展新型展开机构研究、开展全面地仿真分析与试验、开展薄壁管基材研究、开展成型工艺研究等建议。     

索杆铰接式伸展臂动力学建模与分析

针对索杆铰接式伸展臂的结构特点,提出基于能量互等原理的伸展臂连续梁等效动力学模型的建模方法.推导出伸展臂桁架单元的应变能与动能关于节点位移、几何结构参数及材料参数的表达形式.基于伸展臂桁架与连续梁等效模型两者之间应变能、动能分别相等原理,建立伸展臂桁架结构与连续梁等效模型之间的几何结构参数与材料参数的联系式,推导出伸展臂连续梁等效模型的等效刚度矩阵和质量矩阵.运用提出的索杆铰接式伸展臂连续梁等效模型化方法计算出伸展臂原理样机的等效刚度和质量参数.分别运用连续梁等效模型和有限元模型对伸展臂的动力学特性进行分析,通过理论计算和仿真分析得到伸展臂前8阶固有频率.通过有限元仿真结果与伸展臂等效模型计算结果对比分析,验证伸展臂连续梁等效模型的正确性.通过对不同长度伸展臂各阶固有频率的对比,得出伸展臂连续梁等效模型对于分析大型索杆铰接式伸展臂动力学特性具有较高的精度.     

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。     

一种剪式可展结构设计与动力学分析

针对机器人、空间结构等领域的应用,给出了一种三棱柱剪式可展结构的构型设计、传动方案设计及零部件详细设计。建立了考虑节点5个自由度的剪式铰单元有限元模型,对其刚度矩阵和质量矩阵进行了有效缩聚,减少了计算量;把剪式铰单元作为重复的子结构,建立了三棱柱剪式可展结构的有限元模型及其振动方程;在此基础上进行模态分析和仿真,得到前8阶固有频率及相应的振型曲线;并给出了三棱柱剪式可展结构的1阶固有频率随展开角的变化关系,为三棱柱剪式可展结构的优化设计和控制提供了依据。     

星载双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计

为实现双反射面偏置天线在航天系统中的应用,提出一种基于连杆连接的双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计方案,并研制出原理样机、完成相关试验验证.本文首先针对双反射面偏置天线的特点以及航天系统的特殊要求,分析和对比传统天线指向机构不同构型的特点,完成了双反射面偏置天线指向机构的构型设计;其次通过有限元方法对指向机构进行动...     

桥式堆垛起重机立柱的设计

桥式堆垛起重机的立柱分为固定式和伸缩式两大类。文中论述其设计要点,为适应工作条件,在设计计算中应满足相应的许用应力和挠度允许范围等。     

Effects of joint on dynamics of space deployable structure

Joints are necessary components in large space deployable truss structures which have significant effects on dynamic behavior of these joint dominated structures.Previous researches usually analyzed effects of one or fewer joint characters on dynamics of jointed structures.Effects of joint stiffness,damping,location,number,clearance and contact stiffness on dynamics of jointed structures are systematically analyzed.Cantilever beam model containing linear joints is developed based on finite element method,influence of joint on natural frequencies and mode shapes of the jointed system are analyzed.Analytical results show that frequencies of jointed system decrease dramatically when peak mode shapes occur at joint locations,and there are cusp shapes present in mode shapes.System frequencies increase with joint damping increasing,there are different joint damping to achieve maximum system damping for different joint stiffness.Joint nonlinear force-displacement is described by describing function method,one-DOF model containing nonlinear joints is established to analyze joints freeplay and hysteresis nonlinearities.Analysis results show that nonlinear effects of freeplay and hysteresis make dynamic responses switch from one resonance frequency to another frequency when amplitude exceed demarcation values.Joint contact stiffness determine degree of system nonlinearity,while exciting force level,clearance and slipping force affect amplitude of dynamic response.Dynamic responses of joint dominated deployable truss structure under different sinusoidal exciting force levels are tested.The test results show obvious nonlinear behaviors contributed by joints,dynamic response shifts to lower frequency and higher amplitude as exciting force increasing.The test results are further compared with analytical results,and joint nonlinearity tested is coincident with hysteresis nonlinearity.Analysis method of joint effects on dynamic characteristics of jointed system is proposed,which can be used in optimal design of joint parameters     

空间可展开天线结构的研究现状与展望

对国内外可展开天线的研究现状进行了综述,分别对固体反射面可展开天线、充气式可展开天线和金属网面可展开天线的优缺点进行了分析,然后指出了我国在可展开天线结构方面的研究进展.最后,结合航天科技的发展趋势,提出了未来可展开天线的研究方向,旨在为我国可展开天线的研究提供借鉴与参考.     

一种大型空间展开机构的系统研究

结合大型空间展开机构的发展需求,提出一种适于超长、重载空间应用环境的新型球铰接杆展开机构,对其进行方案研究,并分析了该机构的系统构成和工作机理。     

基于空间干涉遥测的大型可展收支撑结构研究

空间干涉遥测从不同方位对地面同一目标进行多次成像,经干涉处理可获得地面目标的数字高程(DEM).针对干涉遥测成像对基线长度和刚度的需求,进行了大型空间可展收支撑结构的方案研究,并分析了该系统的构成和工作原理.     

正八面体空间伸展臂的八面体单元结构分析

任何空间形状都可以用空间基本单元体进行拼接,这里采用正八面体来拼接一种空间伸展臂.首先,对桁架形式的正八面体进行派生、转化,构建一种索杆混合的正八面体结构.而后,利用振动特性分析,对索进行去除,并且把多个正八面体进行拼接,构建出空间伸展臂结构.利用力密度法建立此系统的平衡方程,得到各构件的内力.利用二力杆的分析方法,得到整个系统杆构件的力与形变的关系式.通过具体数值的代入,得到了索预紧时此伸展臂轴线的偏角,从而证明了此伸展臂预紧方案是可行的.     

空间凸轮-螺旋组合式折叠翼面展开机构设计及其运动特性分析

提出新型空间凸轮—螺旋组合式折叠翼面展开机构,分析其工作原理,确定其相关技术参数。基于解析法与反转法,对折叠翼面展开机构的功能执行部件———空间圆柱凸轮机构进行了运动规律设计和包括凸轮槽道廓线、压力角及廓线曲率半径的设计,建立了折叠翼面展开机构展开运动学理论模型并进行了求解,结果证明折叠翼面展开机构符合设计要求,其运动规律设计正确。     

Analysis of tape spring hinges

In this paper, the performance of four different tape spring hinges are studied. The tape spring hinges consist of pairs of short-length hardened-steel tape springs side by side but mounted in different ways, and can be used to fold and deploy structural elements on spacecraft. Behaviour of a tape spring subject to two- and three-dimensional folds is investigated by both analytical and non-linear finite element methods. The moment–rotation profiles of the hinges are obtained experimentally. It is observed that two hinge configurations yield negative moments in their moment–rotation profiles during deployment. The results of finite element analysis are compared with the experimental measurements, and are in good agreement.