地外天体采样容器捕获机构设计及动力学分析

发布时间：2020-06-16 07:31

【摘要】：随着探月工程进入最后阶段及未来航天发展的任务规划,深空探测的采样返回是我国航天技术攻关的重点,采样返回的传统方法是将两大型航天器进行空间合作目标交会对接,利用航天器交会对接形成的密封通道来转移采样容器。采样容器重量轻、体积小,而合作目标交会对接机构通常质量大、结构复杂、控制精度要求高且成本巨大,因此如何降低交会对接资源需求与机构重量,简化交会操作,优化采样容器转移任务方案成为采样返回技术研究的关键。针对合作目标对接机构中存在的不足,本文设计了一种新颖的采样容器非合作目标捕获机构并开展了相应的研究工作,具体内容如下:首先,设计了一套用于对采样容器进行在轨抓捕的地外天体采样容器捕获机构。结合捕获机构对于捕获包络、结构重量和性能的要求对各子机构进行了详细设计,建立了捕获机构的三维几何模型,分析了捕获机构的工作原理和各部件的功能。其次,采用Lagrange方程对捕获机构刚柔耦合模型进行理论分析。确定变形后质点在惯性坐标系下的位矢,得到系统的动能和势能表达式,然后采用假设模态法对变形位移进行离散,得到系统在广义坐标下的动力学方程。然后,由于采样容器捕获机构工作环境为地外太空,恶劣的空间辐射可能使捕获机构发生较大热变形,因此对机构易产生热变形的柔性旋转网进行了热仿真分析,为了确保捕获机构的强度和刚度满足设计要求,对结构关键件进行强度校核。热力学仿真和强度校核结果表明,机构的热变形较小,强度和刚度满足设计要求。最后,在ADAMS中建立了捕获机构的刚柔耦合动力学仿真模型,不同工况下的动力学仿真结果表明机构能够成功捕获到目标且捕获过程的时间和碰撞力等参数均满足设计要求,充分验证了机构设计的合理性。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V423
【图文】：

工作过程,对接机构,导杆,锁紧

感器的接触信号，发出控制指令，启动正推发动机，迅速完成航天器之间的对接过程。同时缓冲机构在对接过程中工作，吸收两航天器互相冲击的产生的能量。（c）捕获主被动对接机构经过多次碰撞后，导杆头部滑入到被动捕获机构的槽内，控制系统收到头部发出的捕获信号从而关闭正推发动机，当导杆头部的捕获锁锁舌与被动对接机构舱门底部接触时，两航天器对接成功。（d）校正捕获完成一段时间后，主动对接机构上的主驱动电机启动，将导杆拉回，当被动对接机构被拉近时停止，主被动机构的姿态矫正由拉杆系统完成。（f）锁紧当主被动对接机构的对接面贴近后给出信号，启动对接锁锁紧。锁紧完成后，传感器给出信号。（g）分离分离时，启动捕获锁电机，捕获锁所设回到初始位置，再启动主驱动电机反向转动，将导杆从被动对接机构舱门中退出，直到导杆回到初始位置。

周边式对接机构,对接机构

且在对接完成时，中心对接机构挡住转移通道，必需由航中心对接机构及缺点，周边式对接的设计思想被提出来。思想的设计目标主要有：成后能形成自然通道供航天员和物品在两航天器之间转移在结构外沿，对接完成后就能形成中心转移通道，同时便构型一致，接口一致的对接机构，即主被动机构具有异体对接机构可同时在追踪航天器和目标航天器上使用。式对接机构如 APAS-75（Androgynous Peripheral Assembl天器之间的相互救援，前苏联科学院和美国航天局在 196两国采用由前苏联工程师提出的环-瓣式设计方案，在对接飞船为追踪航天器与阿波罗飞船对接，也能以阿波罗飞船作。在这种设计思想下，两国经过多年努力，研制了一种新型种导向板外翻的异体同构式周边对接机构被称为 APAS-7

【参考文献】