STACER伸展变形的一种计算方法
发布时间：2019-10-03 22:03
【摘要】：STACER是一种航天器上广泛应用的伸展机构,其储能部件由薄壁钢带经冷加工涡卷最终成型为螺旋管状.由于伸展长度可达装载高度的几十倍,钢带在展开过程中呈现为大挠度、大应变形变,机构伸展力的计算必然涉及强非线性问题;同时,钢带的构型、边界条件在伸展过程中不断变化,这些因素又增加了问题的难度,致使常用的商业软件已无法直接处理此类问题.此研究工作应用变分方法的思想,以研究钢带变形的几何特性为基础,构造出钢带构型恰当的可能函数空间,并利用形状函数随伸展长度的变化规律求出钢带的主应变以及变形能,再利用势能极小原理,确定出钢带的真实构型以及相应的变形能,最终利用变形能和虚功原理得出伸展力.这一方法既可以简化计算又可以得到钢带形状函数、伸展力的近似解析式,为伸展力影响因素的定量分析提供了条件.
【图文】：
逡逑ＧＯＴＨＡＭ和ＣＥＮＥＭＡ卫星均采用ＳＴＡＣＥＲ作为主逡逑载荷的伸展机构１１４＿｜９）．我国航天五院于２０１２年在逡逑电磁监测试验卫星上率先开始ＳＴＡＣＥＲ伸展机构研逦００逦ＳＴＡＣＥＫ逡逑制；近来，又成功将其应用于深空探测器领域．逦（ａ）邋Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ邋ｒｏｌｌｏｕｔ邋ＳＴＡＣＥＲ逡逑ＳＴＡＣＥＲ是一种由超长金属薄带材经冷加工制逦ｓｐｎｎｇｓｐｕｉｉ邋Ｆ逦１逡逑成螺旋管状伸展机构，按其使用方式，分成单次＊逦Ｃ0ＶｂＬａｅｎｄ邋ｉ邋［邋Ｈ逡逑可重复岕两种形式，分别如图１和图２（ａ）所示（摘逦＇Ｕ邋Ｉ邋ｆｌ邋ｈｍＡ邋Ｉ逡逑自文献［］丨］），两种形式的主要区别在于可重复删逦Ｉ逡逑的ＳＴＡＣＥＲ带有sE展^u装置，如图２（ｂ）所示．通逦１逦＊＾ｙｊ．邋Ｖ｜逡逑常辅助装置由两组间隔一定距离的支撑轮组构成，逦｜一＾ｉ？Ｐ＾邋＼逡逑其主要作用是对螺旋管提供横向支撑，并施加－组逦Ｉ邋Ｍ逡逑，逦．逦＼邋ｒｏｌｌｅｒｓ邋ｐｉｎｃｈ邋１逡逑径向力，使钢带逐圈抱紧从而形成一定的刚度．逦ｉｄｌｅｒ邋ｒｏｔａｔｅｓ邋ｒｏｃｋｅｒ逦ｓｔａｃｅｒ逡逑从目前来看，关于ＳＴＡＣＥＲ的力学、机械性能逦＿ａｂｌ１ｕｔｐｉ？ｔ逡逑的理论分析方法以及研究文献非常少见，一是西方逦（ｂ）伸展辅助装置逡逑的技术封锁，一■是其理论研究的难度．ＳＴＡＣＥＲ的伸逦（ｂ）邋Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ邋ａｓｓｉｓｔ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑展过程中，薄壳的烧度达到其厚度的几百倍，是一逦图２可重复使用ＳＴＡＣＥＲ及其伸灥助装置逡逑Ｉ邋大烧度、大应变的丨肖线邋ｆｔ邋Ｍ邋，并且，边办条件与逦Ｆｉｇ．２邋Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ邋ｒｏｌｌｏｕｔ邋ＳＴＡＣＥＲ邋ａｎｄ邋ｉｔ
际要求．在两个柱面之逡逑间，钢带的形状由锥面过渡，这里也将其称为过渡逦ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ邋｜逦ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ逦ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ＇逡逑段，如图３所示．对于单次使用ＳＴＡＣＥＲ，仅有过渡逦ｌｍｅ邋＼Ｊ逦＇ｉｎｅ逦＇ｉｎｅ逡逑和收拢段；对于可重复使用ＳＴＡＣＥＲ，，螺旋管穿过约逦（ａ）伸展状态逦（ｂ）过渡状态逦（ｃ）收拢状态逡逑束轮组后可以认为钢带达到完全伸展状态．逦⑷Ｄｅｐｌｏｙｅｄ邋ｓｔａｔｕｓ⑷Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ邋ｐｅｒｉｏｄ⑷Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ邋ｓｔａｔｕｓ逡逑图４钢带随体标记线的变形过程逡逑v徨澹湾危垮危辏辏辏蓿礤澹危疲椋纾澹村澹裕瑁邋澹洌澹妫铮颍恚幔簦椋铮铄澹铮驽澹欤椋睿澹箦澹恚幔颍耄澹溴澹铮铄澹簦瑁邋澹螅簦澹澹戾澹螅簦颍椋疱义希洌裕溴濉鲥濉鲥澹＃殄澹掊义稀铝俊杂趓>中形式的ｓｔａｃｅｒ，可以认为仅是过渡段逡逑不同，－种是变化的而另－种是固定的，这里将着重逡逑研究可重复岕ＳＴＡＣＥＲ伸展力的计算方法．逡逑ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ逦＾逡逑２钢制曑黯函数空间逡逑—Ｉ逦为了构造恰当的钢带可能变形函数空间，首先逡逑Ｉ邋Ｉ逦利用已有的几种规格的螺旋管及其收纳罐（圆杯状）逡逑ｓ＿ｄ邋ｒ逦试件，进行了螺旋管的收拢、伸展试验，以观酬带逡逑｜逦形状的变化．结果表明钢带在过渡段形状为变参数逡逑灥，}魋E伸栔力灥．考}0
本文编号：2545610
【图文】：
逡逑ＧＯＴＨＡＭ和ＣＥＮＥＭＡ卫星均采用ＳＴＡＣＥＲ作为主逡逑载荷的伸展机构１１４＿｜９）．我国航天五院于２０１２年在逡逑电磁监测试验卫星上率先开始ＳＴＡＣＥＲ伸展机构研逦００逦ＳＴＡＣＥＫ逡逑制；近来，又成功将其应用于深空探测器领域．逦（ａ）邋Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ邋ｒｏｌｌｏｕｔ邋ＳＴＡＣＥＲ逡逑ＳＴＡＣＥＲ是一种由超长金属薄带材经冷加工制逦ｓｐｎｎｇｓｐｕｉｉ邋Ｆ逦１逡逑成螺旋管状伸展机构，按其使用方式，分成单次＊逦Ｃ0ＶｂＬａｅｎｄ邋ｉ邋［邋Ｈ逡逑可重复岕两种形式，分别如图１和图２（ａ）所示（摘逦＇Ｕ邋Ｉ邋ｆｌ邋ｈｍＡ邋Ｉ逡逑自文献［］丨］），两种形式的主要区别在于可重复删逦Ｉ逡逑的ＳＴＡＣＥＲ带有sE展^u装置，如图２（ｂ）所示．通逦１逦＊＾ｙｊ．邋Ｖ｜逡逑常辅助装置由两组间隔一定距离的支撑轮组构成，逦｜一＾ｉ？Ｐ＾邋＼逡逑其主要作用是对螺旋管提供横向支撑，并施加－组逦Ｉ邋Ｍ逡逑，逦．逦＼邋ｒｏｌｌｅｒｓ邋ｐｉｎｃｈ邋１逡逑径向力，使钢带逐圈抱紧从而形成一定的刚度．逦ｉｄｌｅｒ邋ｒｏｔａｔｅｓ邋ｒｏｃｋｅｒ逦ｓｔａｃｅｒ逡逑从目前来看，关于ＳＴＡＣＥＲ的力学、机械性能逦＿ａｂｌ１ｕｔｐｉ？ｔ逡逑的理论分析方法以及研究文献非常少见，一是西方逦（ｂ）伸展辅助装置逡逑的技术封锁，一■是其理论研究的难度．ＳＴＡＣＥＲ的伸逦（ｂ）邋Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ邋ａｓｓｉｓｔ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑展过程中，薄壳的烧度达到其厚度的几百倍，是一逦图２可重复使用ＳＴＡＣＥＲ及其伸灥助装置逡逑Ｉ邋大烧度、大应变的丨肖线邋ｆｔ邋Ｍ邋，并且，边办条件与逦Ｆｉｇ．２邋Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ邋ｒｏｌｌｏｕｔ邋ＳＴＡＣＥＲ邋ａｎｄ邋ｉｔ
际要求．在两个柱面之逡逑间，钢带的形状由锥面过渡，这里也将其称为过渡逦ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ邋｜逦ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ逦ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ＇逡逑段，如图３所示．对于单次使用ＳＴＡＣＥＲ，仅有过渡逦ｌｍｅ邋＼Ｊ逦＇ｉｎｅ逦＇ｉｎｅ逡逑和收拢段；对于可重复使用ＳＴＡＣＥＲ，，螺旋管穿过约逦（ａ）伸展状态逦（ｂ）过渡状态逦（ｃ）收拢状态逡逑束轮组后可以认为钢带达到完全伸展状态．逦⑷Ｄｅｐｌｏｙｅｄ邋ｓｔａｔｕｓ⑷Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ邋ｐｅｒｉｏｄ⑷Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ邋ｓｔａｔｕｓ逡逑图４钢带随体标记线的变形过程逡逑v徨澹湾危垮危辏辏辏蓿礤澹危疲椋纾澹村澹裕瑁邋澹洌澹妫铮颍恚幔簦椋铮铄澹铮驽澹欤椋睿澹箦澹恚幔颍耄澹溴澹铮铄澹簦瑁邋澹螅簦澹澹戾澹螅簦颍椋疱义希洌裕溴濉鲥濉鲥澹＃殄澹掊义稀铝俊杂趓>中形式的ｓｔａｃｅｒ，可以认为仅是过渡段逡逑不同，－种是变化的而另－种是固定的，这里将着重逡逑研究可重复岕ＳＴＡＣＥＲ伸展力的计算方法．逡逑ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ逦＾逡逑２钢制曑黯函数空间逡逑—Ｉ逦为了构造恰当的钢带可能变形函数空间，首先逡逑Ｉ邋Ｉ逦利用已有的几种规格的螺旋管及其收纳罐（圆杯状）逡逑ｓ＿ｄ邋ｒ逦试件，进行了螺旋管的收拢、伸展试验，以观酬带逡逑｜逦形状的变化．结果表明钢带在过渡段形状为变参数逡逑灥，}魋E伸栔力灥．考}0
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