非合作卫星对接缓冲机构及其地面实验的研究

发布时间：2017-10-15 02:30

  本文关键词：非合作卫星对接缓冲机构及其地面实验的研究

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【摘要】：随着越来越多的卫星出现未进入预定轨道、发生故障、燃料耗尽或者完成任务后占用轨道等问题,全球都在研究如何对接捕获这些卫星并加以处理。这类卫星分为合作卫星和非合作卫星,其中非合作卫星是指那些不是为了对接或者捕获而设计的卫星,即需要研制特定的对接捕获装置。同时,太空中两个自由漂浮的卫星进行对接,总有一定概率由于碰撞接触力过大而导致目标卫星被弹开或者损坏。因此本文希望研制一种缓冲机构来降低对接过程中的碰撞力峰值,辅助实现非合作卫星的柔顺对接和控制,并结合地面实验来验证其有效性。首先,根据非合作卫星对接的工作要求和原理,提出了相关设计原则和要求。在此基础上,设计的缓冲机构能够实现俯仰、侧摆和伸缩运动,并且具有轴向和径向的缓冲。又利用重力补偿块以解决地面实验存在的重力补偿的问题,同时在轴承外壳上均布八个碟簧组来校正对接装置和喷管的同轴度误差。本文还通过有限元强度分析保证了缓冲机构中的核心零件的设计可靠性。其次,建立了非合作卫星对接动力学模型。采用通用的连续碰撞力方程作为对接过程的碰撞力方程,求得对接过程中的碰撞接触力变换矩阵。采用虚功率原理对对接碰撞过程进行了研究,经过推导简化求得非合作卫星对接碰撞过程的动力学模型。然后,通过简化的一维碰撞动力学模型,结合连续碰撞动力学方程,设计缓冲机构的刚度和阻尼缓冲参数。同时,利用动力学仿真软件模拟非合作卫星对接过程,验证缓冲机构的缓冲参数设计合理性和正确性。最后,设计了基于工业机器人并结合气浮平台的非合作卫星对接地面实验。进行了不同初始姿态下的对接实验,以及刚性碰撞对比实验。实验结果表明,缓冲机构在对接过程中有效的降低了碰撞接触力的峰值;防止目标卫星由于碰撞力过大而弹开,辅助实现非合作卫星的柔顺对接。
【关键词】：非合作卫星 柔顺对接 缓冲机构 地面实验
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V416;V526
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题研究的背景和意义8-9
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析9-14
• 1.2.1 非合作卫星对接国外研究现状9-11
• 1.2.1.1 美国非合作卫星捕获对接研究9
• 1.2.1.2 德国非合作卫星捕获对接研究9-10
• 1.2.1.3 欧洲非合作卫星捕获对接研究10-11
• 1.2.2 非合作卫星对接国内研究现状11-13
• 1.2.2.1 哈尔滨工业大学的三臂型非合作目标对接机构11-12
• 1.2.2.2 哈尔滨理工大学的微型锥杆式对接装置12-13
• 1.2.3 非合作卫星对接地面实验方法的研究13-14
• 1.2.3.1 气浮式实验系统13
• 1.2.3.2 水浮式实验系统13
• 1.2.3.3 抛物线或自由落体运动的实验系统13
• 1.2.3.4 吊丝配重实验系统13
• 1.2.3.5 数学模型和实物相结合的实验系统13-14
• 1.3 国内外文献综述的简析14-16
• 1.4 课题主要研究内容16-17
• 第2章 缓冲机构结构设计17-25
• 2.1 引言17-18
• 2.2 设计原则18
• 2.3 各设计环节任务分配18-19
• 2.4 机构方案及组成19-20
• 2.5 缓冲机构工作原理20-23
• 2.6 主要零部件校核23-24
• 2.7 本章小结24-25
• 第3章 非合作卫星对接过程动力学建模25-38
• 3.1 引言25
• 3.2 坐标系定义25-26
• 3.3 缓冲机构碰撞接触力模型26-30
• 3.4 基于虚功率原理的捕获阶段动力学建模30-37
• 3.4.1 惯性力虚功率方程30-32
• 3.4.2 主动力虚功率方程32-34
• 3.4.3 动力学矢量方程34-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 缓冲参数设计及动力学仿真38-50
• 4.1 引言38
• 4.2 基于一维的接触动力学模型设计缓冲参数38-43
• 4.2.1 碰撞动力学建模假设条件39
• 4.2.2 碰撞动力学模型建立并简化39-41
• 4.2.3 对接碰撞过程中的接触时间及恢复系数41-43
• 4.3 基于ADAMS的对接仿真实验43-49
• 4.3.1 仿真环境和模型的建立43-45
• 4.3.2 ADAMS仿真结果及分析45-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章非合作卫星对接地面实验50-57
• 5.1 引言50
• 5.2 非合作卫星对接地面实验设计50-52
• 5.2.1 实验平台设计50-51
• 5.2.2 实验方案的设计51-52
• 5.3 非合作卫星对接地面实验研究52-56
• 5.4 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 崔潇潇;;美国空间交会对接测量技术发展研究[J];国际太空;2011年10期

2 郝云堂,金烨,季辉;虚拟样机技术及其在ADAMS中的实践[J];机械设计与制造;2003年03期

3 卢志国;程培元;;虚拟样机技术及其在ADAMS中的应用[J];机械研究与应用;2006年05期

4 张崇峰;柏合民;;飞船空间对接机构技术[J];中国科学:技术科学;2014年01期

5 ;Design of an Automatic Autonomous Mini Prone-cone Microsatellite Docking Mechanism[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering;2010年03期

6 林飞;陈杰;;德国航天器在轨操作技术面临的挑战及解决方案简析[J];中国航天;2012年03期

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本文编号：1034572