双层环形桁架可展天线机构运动特性与动力学分析

发布时间：2021-02-08 20:18

　　为改善单层环形桁架式可展天线在大口径时刚度较低的问题,设计一种双层环形桁架可展机构,作为大口径星载天线的支撑与展开机构。对双层环形桁架可展天线进行结构分解,绘制闭环可展机构单元的旋量约束拓扑图,分析机构自由度,得出双层环形桁架可展机构只有一个自由度;基于螺旋理论分析各个构件的旋量速度,通过矢量运算得到各个构件的角速度和质心线速度,并得到速度雅可比矩阵;利用旋量导数分析机构中各个构件的旋量加速度,计算得到各个构件的角加速度和质心线加速度;基于牛顿-欧拉方程和虚功原理,建立整体双层环形桁架可展机构的动力学方程,进行数值计算与仿真验证。研究结果表明:计算和仿真结果验证了理论分析的正确性;所提双层环形桁架可展天线机构整体结构简单,仅需一个驱动便可顺利展开;基于螺旋理论的运动学和动力学分析方法具有明确的物理意义,且分析过程较为程式化,易于编程。 

【文章来源】：兵工学报. 2020,41(04)北大核心

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

6 驱动力矩

双层环形桁架可展天线机构如图1所示，其整体为由连杆铰接而成的中心对称桁架机构，主要包括内层环形桁架、外层环形桁架和多个内外层桁架连接单元，其内层环形桁架和外层环形桁架均呈环状，且各有上下两个环状桁架机构，内外层桁架连接单元为剪叉机构单元，整体机构通过位于节点处的花盘连接件连接。图1(a)和图1(b)分别为双层环形桁架可展天线机构的完全收拢状态和完全展开状态，是其收藏运输和在轨工作时的位形状态。在整个机构的展开或收拢运动过程中其将处于半展开状态(见图2(a))，也是它的一般位形状态。半展开的内层环形桁架机构和外层环形桁架机构的结构相同，均由平面3R机构(R代表转动副)通过花盘连接件连接组成，内外层环形桁架通过中间的剪叉机构单元连接，整体机构中所含运动副均为转动副。对双层环形桁架可展机构进行结构分解，可以将其分解为一个闭环可展机构单元、多个非闭环可展机构单元以及两个平面3R机构，如图2(b)所示。

图1(a)和图1(b)分别为双层环形桁架可展天线机构的完全收拢状态和完全展开状态，是其收藏运输和在轨工作时的位形状态。在整个机构的展开或收拢运动过程中其将处于半展开状态(见图2(a))，也是它的一般位形状态。半展开的内层环形桁架机构和外层环形桁架机构的结构相同，均由平面3R机构(R代表转动副)通过花盘连接件连接组成，内外层环形桁架通过中间的剪叉机构单元连接，整体机构中所含运动副均为转动副。对双层环形桁架可展机构进行结构分解，可以将其分解为一个闭环可展机构单元、多个非闭环可展机构单元以及两个平面3R机构，如图2(b)所示。2 双层环形桁架可展机构自由度分析

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3024477