剪式机构线性阵列可展结构的动力学特性研究

基于笛卡儿坐标系建立了剪式机构线性阵列组成的可展结构动力学模型,利用运动副等约束条件建立了剪式可展结构的运动约束方程。采用Runge-Kutta法进行数值计算,获得了该种机构式结构运动过程中的速度和加速度等规律,绘制了阵列组合机构的运动曲线,为该种结构的应用奠定了基础。结果表明,剪式机构线性阵列在展开过程中具有不一致的水平速度。     

剪式可展机构的结构动力学建模及实验研究

剪式可展机构构件数目多、结构复杂,为了使其展收动作可靠、快速准确,需要对可展机构的结构动力学特性进行研究。首先将剪式单元作为子结构,运用有限元方法,建立了剪式可展机构的结构动力学模型,完成了模态计算、仿真分析,得到其固有频率与振型。然后,构建了可展机构的模态特性实验平台,设计了实验方案,完成了剪式可展机构的结构动力学性能辨识与分析。实验结果和理论计算结果能够较好地吻合,证明了有限元分析的有效性及实验方案的可行性。     

剪刀机构环形阵列可展结构的运动学与动力学研究

通过分析剪刀单元之间几何参数的关系,得到单元尺寸和单元数量与展开和收拢半径之间的约束条件;针对可展结构的组成特点,提出将单元机构法与运动影响系数法相结合,建立可展结构的运动学分析方法;将运动影响系数法与虚功原理相结合,形成了可展结构的动力学分析方法。通过算例证实了所建立的运动学和动力学分析方法的有效性。     

空间可展机构弹性动力学特性研究

将多级剪刀机构与复式螺旋机构组合,提出了一种新型的径射状可展天线伸展机构。采用动力有限元法建立空间可展天线伸展机构的单支机构动力学模型,采用振型叠加法对该机构进行弹性动力学分析。分析后发现,各阶固有频率随展开角度的不断变大会发生交叉,得出了天线展开速度、结构参数对系统稳定性的影响规律。为研究可展机构振动稳定性条件提供必要的参考数据,并为该天线的伸展机构设计与结构参数优化提供了依据。     

广义逆在可展天线结构动力学分析中的应用

对于复杂的构架可展天线结构,直接采用节点的3n个笛卡尔坐标为广义坐标建立动力学方程,其优点是在建立结构模型和动力学方程时,不必区分节点的约束和自由度。     

精确直线可展机构及其动力学分析

将Hart直线机构和剪叉机构相结合,提出一种仅含转动副的直线可展单元,并设计得到一种精确直线可展机构。根据机构结构学分析理论,阐述可展机构的模块化组成原理,将机构的组成分解为底部模块、中部模块和顶部模块,3种模块均由直线可展单元构成;对单个直线可展单元进行运动学建模,结合机构的模块化组成原理,推导得到任意模块间的运动学递推关系,求解得到多层模块条件下机构的整体运动学模型,运用Lagrange方程构建机构的整体动力学模型;以3层可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。通过给定末端执行器的输出运动规律,求解得到机构所需的驱动力矩,结果表明：末端执行器为正弦加速度曲线时,机构在整个工作周期内无冲击,运动稳定性好。     

筝形直线可展机构及其动力学分析

将筝形直线机构与剪叉机构结合,提出一种仅含转动副的筝形直线可展单元,并设计得到一种筝形直线可展机构。根据机构结构学分析理论,阐述了筝形直线可展机构的模块化组成原理,并将其分解为外部模块和中间模块,两种模块均由筝形直线可展单元构成;对单个的筝形直线可展机构进行运动学建模,结合其模块化组成原理,得到相邻模块间的运动学递推关系,并以此为基础,运用Lagrange方法建立筝形直线可展机构整体动力学模型;以6层可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,通过设置末端执行器的输出运动规律,求解得到机构所需的驱动力矩,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。研究结果表明:当末端执行器的输出运动规律为正弦加速度曲线时,机构在整个运动过程中稳定性好,无冲击影响。     

大型柔性可展天线的频率优化和扰动响应预示

大型柔性可展开天线的高柔性、低阻尼特性给天线的稳定控制和卫星的姿态控制提出了严苛要求。结合某大型柔性可展开天线的研制,开展了大型柔性可展开天线的频率优化设计和扰动响应分析。对其中影响天线基频的两个重要因素——天线支撑结构刚度和扫描机构刚度进行了敏感性分析。在此基础上开展了天线模态频率仿真与试验,给出了天线在俯仰角度-10°～25°和方位角度-10°～10°组合工况下绕转动坐标系惯量、基频与扫描角度的对应关系。完成了天线在平台扰动激励下的响应分析,给出了扰动激励对天线反射器型面误差和指向偏差的影响。仿真结果显示,通过频率优化设计后的大型柔性可展开天线对卫星扰动激励不敏感,可以满足设计要求。     

花瓣式可展天线的结构分析

针对一种多刚体空间机构——花瓣式可展天线的花瓣数、每个花瓣的刚板数和结构参数的关系进行了分析研究。首先,根据空间机构自由度的计算公式,对不同情况下机构的自由度进行了计算,确定了每个花瓣的刚板数。然后,利用折叠状态下各刚板的几何关系,对各刚板的宽度进行了分析。最后,计算了该可展结构折叠状态时的体积,再利用各结构参数与体积的关系,分析比较后得到了可展结构的花瓣数。通过分析确定了花瓣式可展天线的多个结构参数。     

环形可展天线星线耦合动力学分析

环形天线和星体平台所形成的系统是刚-柔混合多体系统,针对建立该系统耦合振动方程所存在的困难,基于有限元理论建立有限元分析模型。以口径为12.5 m环形可展开天线为例,对星线系统进行了固有特性分析和各种激励下的动力学响应分析,获得两者之间的耦合响应规律,为天线的结构优化设计和卫星姿态控制系统的稳定性设计与控制模式转换设计提供理论依据。     

平面二维移动可展机构动力学分析

提出一种新的仅含转动副的平面二维移动可展单元,经模块化组合与扩展后,构造出一种平面二维移动可展机构,该机构的执行构件可实现工作平面内的二维移动。在简述机构结构原理的基础上,分别对机构的运动学、动力学进行分析;最后,以三层平面二维移动可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。仿真结果表明:牛顿欧拉方法可对构件数量庞大但通过模块化叠加而形成的可展机构进行动力学建模,在求解机构运动或所需驱动力的基础上,还可求解得到全部运动副处的约束反力,从而提高其在移动可展机构中应用的可行性。     

展开速度对天线展开过程动力学影响分析

针对某大型椭圆周边桁架天线展开过程动力学研究,采用几何精确梁理论对杆件建模,一维移动介质单元法对驱动绳索建模,结合对变形较小的铰链、斜杆做刚性假设,实现对整个天线动力学建模;通过在不同展开速度下仿真,得到不同条件下驱动力、杆件总弹性势能、纵杆最大弯曲应力随展开时间变化曲线;通过对仿真数据分析发现,随着展开速度降低,驱动力峰值、杆件总弹性势能、纵杆最大弯曲应力也会下降。该研究为天线展开策略规划提供了参考。     

用于自适应可展结构的智能主动杆实验研究

为将智能主动杆用于可展结构的自适应控制,研制了一种具有传感和作动双重功能的智能主动杆.实验研究了主动杆输出位移、输出力特性以及动力学性能,对位移增益和输出力增益随驱动电压的变化进行了测试.实验结果表明这类智能主动杆可用于消除铰连接间隙、精确定位和振动抑制.     

循环阵列组合可展结构单元机构的刚柔耦合动力学特性研究

以某卫星天线的可展单元机构为对象,采用非线性弹簧与阻尼模拟铰链间隙处的接触碰撞力学关系,并采用2阶插值基函数的线性组合描述杆的弯曲弹性变形,建立了单元机构的刚柔耦合动力学模型,研究运动副间隙及构件柔性对卫星天线可展单元机构的动力学特性的影响.分析结果表明,运动副处的间隙和构件的柔性都会导致碰撞力产生明显的局部波动,且刚柔耦合模型比刚性模型碰撞力的波动幅值增大了数倍.研究工作对可展机构的动态优化设计奠定了基础.     

卫星可折展空间碎片防护机构动力学分析

针对传统 Whipple 防护结构占用空间大、质量较大、防护覆盖面积小,且充气防护结构重复利用性差、可靠性低等缺陷,设计了一种卫星可折展空间碎片防护机构。根据可折展铰链运动规律,结合 D-H 法对防护机构进行展开运动学分析;在此基础上,借助 Lagrange 动力学方程建立防护机构动力学模型;最后基于 ADAMS 建立仿真模型,将理论模型计算结果与仿真数值对比结合分析,验证了动力学模型的正确性,并对运动规律进行改进,提高了机构运动效率。     

速度对扇形可倾瓦推力轴承润滑性能的影响研究

采用数值分析方法研究速度对扇形可倾瓦推力轴承润滑性能的影响,分析速度对最小油膜厚度、最大油膜压力、最高油膜温度、功率损失和流量等参数的影响规律,得到了速度与扇形可倾瓦推力轴润滑参数的关系。结果表明:最小油膜厚度在一定的速度范围内随速度呈线性变化,且随着速度的增加而增加;最大油膜压力随速度的增大产生波动性变化,但最终逐渐稳定到某一具体值;随着速度的增加温度升高;瓦功耗和瓦流量随速度的增加基本上呈线性增加变化。     

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。     

折纸衍生空间可展结构研究回顾与展望刍议

作为起源于中国,发展于日本的传统手工艺,折纸由于其可以实现二维与三维结构之间形态高效转换的特性,近年来受到了科研人员与工程人员广泛的关注,为空间可展结构的创新研究提供了新的思路.对学界与工程界针对一维、二维、三维折纸衍生可展结构的研究现状进行了阐述,指出后续研究应关注的刚性平面载荷高效折展、柔性结构管理、非欧几里得折纸...     

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.     

考虑扰动频率的可倾瓦轴承动力学建模及数值模拟

可倾瓦轴承瓦块的摆动性增加了系统的自由度,对轴承油膜动力系数计算有很大影响,而目前的研究在计算流体动压润滑可倾瓦轴承油膜动力系数时未考虑轴颈与瓦块扰动频率的影响。针对这一问题,对考虑扰动频率的可倾瓦轴承动力学建模及动力系数计算方法进行研究,提出考虑扰动频率的可倾瓦轴承频率-缩减(Frequecy-Reduced)动力学模型,详细推导考虑扰动频率的可倾瓦轴承频率-缩减油膜动力系数矩阵形式。采用Newton-Raphson迭代法计算给定载荷和转速工况下的轴承的静平衡位置,利用有限元数值方法求解油膜刚度系数与阻尼系数。结果表明,瓦块和轴颈的扰动频率对可倾瓦动压轴承动态刚度和阻尼影响较大,随着扰动频率增大,阻尼系数的直接项增大,阻尼系数的交叉项变化不大;刚度系数的直接项数值减小,交叉项变化不大。