大跨度伸缩式零重力模拟试验装置设计与分析
发布时间：2020-12-20 20:27
随着空间站和深空探测技术的发展,折展式太阳翼运用增多,对其品质也提出了更高要求,太阳翼地面零重力展开试验的需求也随之增加。为便于试验装置综合利用以及节省空间,提高试验设备的灵活性和响应速度,本课题提出了一种可移动、伸缩式自动调平的太阳翼地面零重力展开试验装置。该装置具有高精度、低摩擦、大跨度和大刚度的特点。根据技术指标要求,进行了系统的总体方案设计,设计出一种粗调就位和精调定位的二级混联伸缩的吊梁系统;采用弹簧和滑轮系统相结合的方式解决了调平和锁定工况消除间隙的问题,为系统稳定的工作提供了保障;采用刚铰结合的方式解决了大跨度安装难题;利用Solid Works和Auto CAD分别建立了试验装置机械系统的三维模型和二维工程图纸。针对该系统的结构,建立了高效、高精度计算系统等效刚度的数学模型,并导出了刚度计算公式,利用SAP84验证了公式的正确性;利用ANSYS建立了平台、摇臂架和整机的有限元模型,对它们在自重单独作用、载荷单独作用等工况进行了结构有限元静力分析,验证了刚度和强度均满足指标要求。分别进行了模态分析和瞬态动力学分析。模态分析得到了系统前10阶振型和固有频率值,为系统避免共振...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国际空间站太阳翼示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文天器是否能满负载工作以及正常运行影响巨大。此，在太阳翼进入太空之前进行地面试验来验证其展开的可靠性而且，太阳翼在太空中处于零重力状态，进行地面试验的时候，需补偿。在这种背景下，研究零重力模拟试验装置来消除重力影响，零重力环境，使太阳翼在地面完成零重力展开试验，验证展开的稳重要。如图 1-2 所示为某宇航局进行地面零重力试验现场[8]。
图 1-3 大型天线悬吊零重力试验 图 1-4 机器人伸缩臂零重力试验利用自由落体原理的设备主要有落管、落塔[24]，以及做抛物线飞行的航天器。其中，国外比较著名的有如图 1-5 所示的德国不莱梅落塔和如图 1-6 所示的日本的 JAMIC 微重力塔。不莱梅落塔是在 1990 年竣工，目前它在空间研究领域发挥着重要作用，因为它可以模拟零重力环境达到 4.74 秒[25]。日本的 JAMIC微重力塔可以保持系统 10s 零重力环境，是世界上第一个具备这种能力的落塔[16]。在国内，2003 年我国国家微重力试验室建立了具有国际先进水平的百米落塔设备，可以获得优于 10-5g 的微重力水平，试验持续时间可达 3.6s。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种用于空间机械臂的微重力模拟悬吊配重试验系统[J]. 高峰,易旺民,郭涛,杜瑞兆,孟凡伟. 航天器环境工程. 2014(01)
[2]空间机械臂地面微重力混合模拟方法研究[J]. 叶平,何雷,宋爽,孙汉旭. 机器人. 2013(03)
[3]在线重力补偿下工程机器人自主作业轨迹跟踪性能分析[J]. 唐新星,侯敬巍,倪涛,张邦成. 农业工程学报. 2013(03)
[4]空间零重力地面模拟系统的滑模变结构控制[J]. 齐乃明,高九州,周启航,张文辉. 自动化与仪表. 2011(10)
[5]空间微重力环境地面模拟试验方法综述[J]. 齐乃明,张文辉,高九州,霍明英. 航天控制. 2011(03)
[6]基于FCMAC的空间零重力环境地面模拟装置控制[J]. 齐乃明,张文辉,高九州,马静. 航天器环境工程. 2011(01)
[7]空间机械臂收拢状态零重力模拟[J]. 高海波,郝峰,邓宗全,刘振,丁亮,岳洪浩. 机器人. 2011(01)
[8]空间并联机构的自由度分析[J]. 刘宏伟. 机械传动. 2009(04)
[9]空间机械臂全局反作用优化及其地面试验研究[J]. 史士财,吴剑威,崔平远,刘宏. 机器人. 2009(03)
[10]空间机器人微重力模拟实验系统研究综述[J]. 徐文福,梁斌,李成,刘宇,强文义. 机器人. 2009(01)
博士论文
[1]星球车单吊索重力补偿与实验研究[D]. 刘振.哈尔滨工业大学 2013
[2]零重力环境模拟气动悬挂系统的关键技术研究[D]. 路波.浙江大学 2009
[3]三维重力补偿方法与空间浮游目标模拟实验装置研究[D]. 姚燕生.中国科学技术大学 2006
[4]空间4～10米可展开天线的动力耦合分析及实验技术研究[D]. 韦娟芳.浙江大学 2002
硕士论文
[1]重复折展锁解式太阳翼机构设计及其性能测试[D]. 孔菲.浙江理工大学 2014
[2]大型太阳翼盘绕式展开机构多体动力学研究[D]. 杨俊.清华大学 2013
[3]剪式可展桁架展开过程动力学分析[D]. 纪斌.南京航空航天大学 2012
[4]太阳翼重复折展锁解机构设计与仿真研究[D]. 陈昌足.浙江理工大学 2011
[5]气浮实验平台设计及控制方法研究[D]. 徐峰.哈尔滨工业大学 2010
[6]空间大型机械手地面重力补偿装置的研究[D]. 高凯.哈尔滨工业大学 2010
[7]空间机械臂回转臂式微重力模拟装置研究[D]. 郝峰.哈尔滨工业大学 2010
[8]半主动微重力地面模拟平台高精度控制系统的研究[D]. 岳翠萍.中国科学技术大学 2010
[9]高精度大跨度天车的横梁结构设计及自动调平系统的研究[D]. 张伟.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：2928498
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国际空间站太阳翼示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文天器是否能满负载工作以及正常运行影响巨大。此，在太阳翼进入太空之前进行地面试验来验证其展开的可靠性而且，太阳翼在太空中处于零重力状态，进行地面试验的时候，需补偿。在这种背景下，研究零重力模拟试验装置来消除重力影响，零重力环境，使太阳翼在地面完成零重力展开试验，验证展开的稳重要。如图 1-2 所示为某宇航局进行地面零重力试验现场[8]。
图 1-3 大型天线悬吊零重力试验 图 1-4 机器人伸缩臂零重力试验利用自由落体原理的设备主要有落管、落塔[24]，以及做抛物线飞行的航天器。其中，国外比较著名的有如图 1-5 所示的德国不莱梅落塔和如图 1-6 所示的日本的 JAMIC 微重力塔。不莱梅落塔是在 1990 年竣工，目前它在空间研究领域发挥着重要作用，因为它可以模拟零重力环境达到 4.74 秒[25]。日本的 JAMIC微重力塔可以保持系统 10s 零重力环境，是世界上第一个具备这种能力的落塔[16]。在国内，2003 年我国国家微重力试验室建立了具有国际先进水平的百米落塔设备，可以获得优于 10-5g 的微重力水平，试验持续时间可达 3.6s。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种用于空间机械臂的微重力模拟悬吊配重试验系统[J]. 高峰,易旺民,郭涛,杜瑞兆,孟凡伟. 航天器环境工程. 2014(01)
[2]空间机械臂地面微重力混合模拟方法研究[J]. 叶平,何雷,宋爽,孙汉旭. 机器人. 2013(03)
[3]在线重力补偿下工程机器人自主作业轨迹跟踪性能分析[J]. 唐新星,侯敬巍,倪涛,张邦成. 农业工程学报. 2013(03)
[4]空间零重力地面模拟系统的滑模变结构控制[J]. 齐乃明,高九州,周启航,张文辉. 自动化与仪表. 2011(10)
[5]空间微重力环境地面模拟试验方法综述[J]. 齐乃明,张文辉,高九州,霍明英. 航天控制. 2011(03)
[6]基于FCMAC的空间零重力环境地面模拟装置控制[J]. 齐乃明,张文辉,高九州,马静. 航天器环境工程. 2011(01)
[7]空间机械臂收拢状态零重力模拟[J]. 高海波,郝峰,邓宗全,刘振,丁亮,岳洪浩. 机器人. 2011(01)
[8]空间并联机构的自由度分析[J]. 刘宏伟. 机械传动. 2009(04)
[9]空间机械臂全局反作用优化及其地面试验研究[J]. 史士财,吴剑威,崔平远,刘宏. 机器人. 2009(03)
[10]空间机器人微重力模拟实验系统研究综述[J]. 徐文福,梁斌,李成,刘宇,强文义. 机器人. 2009(01)
博士论文
[1]星球车单吊索重力补偿与实验研究[D]. 刘振.哈尔滨工业大学 2013
[2]零重力环境模拟气动悬挂系统的关键技术研究[D]. 路波.浙江大学 2009
[3]三维重力补偿方法与空间浮游目标模拟实验装置研究[D]. 姚燕生.中国科学技术大学 2006
[4]空间4～10米可展开天线的动力耦合分析及实验技术研究[D]. 韦娟芳.浙江大学 2002
硕士论文
[1]重复折展锁解式太阳翼机构设计及其性能测试[D]. 孔菲.浙江理工大学 2014
[2]大型太阳翼盘绕式展开机构多体动力学研究[D]. 杨俊.清华大学 2013
[3]剪式可展桁架展开过程动力学分析[D]. 纪斌.南京航空航天大学 2012
[4]太阳翼重复折展锁解机构设计与仿真研究[D]. 陈昌足.浙江理工大学 2011
[5]气浮实验平台设计及控制方法研究[D]. 徐峰.哈尔滨工业大学 2010
[6]空间大型机械手地面重力补偿装置的研究[D]. 高凯.哈尔滨工业大学 2010
[7]空间机械臂回转臂式微重力模拟装置研究[D]. 郝峰.哈尔滨工业大学 2010
[8]半主动微重力地面模拟平台高精度控制系统的研究[D]. 岳翠萍.中国科学技术大学 2010
[9]高精度大跨度天车的横梁结构设计及自动调平系统的研究[D]. 张伟.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：2928498
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