基于三维度间隙动态测量实验的含隙铰可展帆板动态特性研究

发布时间：2020-03-20 17:20

【摘要】：随着空间探测领域的快速发展,航天机构的应用愈加广泛,对于空间机构的运动精度、可靠性、稳定性等性能深层机理的认知需求愈加迫切。在工程实际中,铰链内部销轴与轴套之间存在着不可避免的间隙,直接影响着机构运动的动态特性,降低机构运动精度,加速机构磨损,导致机构的不可预测的失效。近年来考虑间隙影响的系统动力学研究已成为航天领域的研究热点,但针对间隙三维度空间特点的研究仍处于起步阶段。本文旨在建立准确描述间隙铰三维特征的数学模型,以含间隙铰可展帆板为研究对象,提出一种新的三维间隙铰建模方法,设计间隙铰三维度间隙动态测量实验方法,为间隙铰的动态特性研究提供实验数据,修正理论分析,为含三维间隙铰机构的进一步研究奠定基础。本文主要工作如下:首先,建立含间隙铰可展帆板动力学模型并进行数值分析。根据三维间隙铰潜在碰撞点规律和平面间隙铰数学模型的建模方法,建立三维间隙铰数学模型及其接触力模型;使用“T”字型节点单元将含间隙可展帆板进行模型简化,建立含三维间隙铰可展帆板动力学模型;通过MATLAB数值求解分析三维间隙铰对可展帆板动态特性的影响规律,得到销轴与轴套之间的相对运动规律,并定性分析间隙半径和展开速度对间隙铰内部接触力的影响。其次,设计可展帆板间隙铰三维度间隙动态测量实验系统。提出“截面椭圆法”和“空间两点法”两种三维度间隙动态测量原理,通过对比分析,确定测量方案;进行测量系统的误差分析,排除圆度误差、装配误差和噪声对测量精度的影响。再次,进行间隙测量分组实验及测量数据分析。设计三维度间隙动态测量实验的具体方案,阐明数据处理方法;通过对比实验验证测量系统精度;进行分组实验处理实验数据,分析展开方式、样机结构、间隙半径及展开速度对三维间隙铰运动特性的影响。最后,对比分析实验结果与数值仿真结果。针对同一要素的实验测量结果与仿真分析结果,分析两者差异及原因;将实验结果引入理论模型中,定量分析间隙半径及展开速度对帆板展开精度的影响。
【图文】：

世界各国对深空探索的竞争愈演愈烈，月球更是因为其得天独厚的重要性成为了人类空间科学研究的首选目标。我国航天事业起步较晚，与传统航天强国之间仍存在着较大差距，但随着我国综合国力不独断提升，航天事业也得到了长足的发展，“嫦娥工程”等一系列探月计划正在分阶段逐步实现当中[1]。空间可展机构以其大折叠比、轻质、高可靠性等优点在诸多航天器中得到了应用，如欧空局的欧洲臂 ERAμ空间站系统[2]和美航局“勇气号”太阳能帆板[3]等，如图 1-1。可展太阳能帆板便是一种典型的空间可展机构，在航天器发射时，为减少航天器所占空间，太阳能帆板处于收拢状态，当入轨或到达工作区域后，太阳能帆板展开接收太阳光辐射，将太阳能转化为航天器驱动所必须需的能源[4]。然而复杂恶劣的外太空环境给人类的空间探索过程带来了诸多困难，并使得航天器对其机械性能有着极高的要求，月球车作为人类月球探索的重要航天器，其主要能源机构 可展太阳能帆板能够平稳可靠地展开至理想位姿对机构整体的稳定性起到了决定性作用，，因此对可展太阳能帆板运动特性的研究有着十分重要的意义[5]。

直接获取间隙值的变化规律，目前关于间接部件的运动规律来进行测量，从而间接机构的动力学仿真计算中有着较多的理论在着较大偏差，使得仿真结果与真实值之构的理论研究提供实验数据，进一步修正实验研究进行的较少，且主要针对简单含度传感器和高精度音频采集器对曲柄滑块明振动和噪声与间隙铰间隙半径成正相关，位移传感器对含间隙曲柄滑块中滑块的位间隙半径对含间隙机构运动复杂程度影响人通过高精度加速度传感器对含间隙平面可展机构的振动边界条件具有时变性，使实验机构如图 1-5。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V416

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本文编号：2591932