基于气浮平台的模拟星碰撞分析及实验研究

发布时间：2017-11-08 00:31

  本文关键词：基于气浮平台的模拟星碰撞分析及实验研究

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【摘要】：近年来,我国航天飞速发展,空间站建立过程中,需要分别对太空舱发射并进行在轨对接、组装。在对接过程中,舱体势必会发生碰撞,为使对接任务顺利完成,需要对空间舱体的碰撞进行研究,对其碰撞状态进行科学的预测。另一方面,太空中空间机械臂扮演着越来越重要的作用,机械臂在任务过程中难免会与被操作物发生碰撞,在发生碰撞后为了能够顺利完成任务,需要对机械臂及被碰物体的运动状态进行预测。 基于此,本文开展了单刚体的碰撞动力学研究。研究内容主要包括以下几个方面： 首先,对单刚体的无摩擦碰撞分别从离散模型和连续模型进行了研究。通过建立刚体的碰撞坐标系,依据动量定理及动量矩定理建立系统的碰撞动力学方程组,然后引入恢复系数,建立了碰撞系统的离散模型,并进行了仿真分析；通过将碰撞力模拟为弹簧及阻尼器的形式,利用牛顿第二定律及各变量间微分关系,建立了碰撞系统的连续模型,并进行了仿真分析。 其次,对考虑刚体切向摩擦力的碰撞进行了研究。基于虚拟弹簧模型求解切向冲量与法向冲量及弹簧能量与弹簧长度变化速度间的关系,由此得到关于法向冲量的有摩擦碰撞的闭环微分方程组,进而通过确定各微分物理量初始值,由数值积分得到最终的碰撞冲量,碰撞后速度等信息,并进行了数值仿真验证。 再次,为开展碰撞实验对理论部分进行验证,搭建了一套地面实验微重力模拟系统,用来模拟空间碰撞。通过铝合金框架组装了两套模拟星系统,并设计了对接装置；为保证数据的采集,基于力传感器、陀螺仪,激光测距仪搭建了信号采集系统,并基于MFC开发了系统信号的采集软件。 最后,在实验平台上设计碰撞实验对理论模型进行验证。包括：恢复系数的测量,对心碰撞实验。通过实验数据与理论计算结果进行对比分析,对动力学模型的参数进行了修正。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V416

【参考文献】

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1 秦志英;陆启韶;;基于恢复系数的碰撞过程模型分析[J];动力学与控制学报;2006年04期

2 乔兵;吴晓健;;一种空间柔性机械臂接触动力学仿真的模型降阶方法[J];四川大学学报(工程科学版);2012年04期

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本文编号：1154841