充气结构折叠建模方法及展开特性研究
发布时间：2021-09-24 16:20
充气结构的展开动力学特性决定了其在轨展开成型,但其在轨展开特性测试难度大、费用高,对其进行地面测试时,由于地面试验难以模拟空间环境,故常将数值模拟作为充气结构展开动力学特性研究的一种手段,其结果能为充气结构的设计与优化提供依据,而充气结构的折叠建模又是数值模拟的关键。但对于不可展曲面或厚壁充气结构,目前尚没有合适的折叠建模方法,针对这一问题,本文提出了一种表面加载逆向折叠建模法,分析了不可展曲面充气结构的折叠及展开动力学特性。首先,本文在逆向折叠建模法的基础上,通过一块施加位移的刚体对充气结构进行加载,发展了一种表面加载逆向折叠建模法,同时考虑壁厚对结构抗弯刚度的影响,单元分析模型采用壳单元。该方法符合充气结构在折叠时的受力情况,并利用该方法建立简单充气管折叠模型,验证了模型的正确性。其次,以不可展曲面充气结构——气囊为对象,研究了弹性模量、壁厚对气囊折叠特性的影响,包括折痕应力、充气结构不同位置的受力比较,得到了弹性模量及壁厚对折叠特性的影响规律,结果表明:厚壁充气结构在折叠过程易在不可展曲面产生较大应力值,高模量的充气结构比低模量的充气结构产生的应力集中现象明显。故在充气结构设计时...
【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】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IAE天线飞行试验示意图[12]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-图1-2“天帆一号”展开过程示意图[15]（3）充气式太阳阵列：为航天器结构长期在轨运行提供动力来源的一种结构。随着科学实验任务增多，对航天器的运行时间提出了更高要求，进而需要更多能源。相较与传统提供燃料能源和刚性结构，大型充气式太阳阵列不仅减轻结构重量，而且具有更小的包装发射体积。2014年，美国可展开空间系统（DSS）公司针对大功率电推进（SEP）技术项目，采用网膜负载及热稳定性更好的碳纤维复合材料薄壁展开结构，并且借鉴了哈勃太阳翼的周边框架式展开支撑构型，研制出一款轻型ＲOSA（ＲollOutSolarArray）太阳电池阵工程样机[16,17]，如图1-3所示。图1-3太阳电池阵[16]（4）充气式太空密封舱：为人类进行太空探索或星际航行提供的居住场所。早在上世纪90年代，美国航天局就最早提出了充气太空舱体的设想[18]，太空密封舱可以防护太空碎片和辐射以保护宇航员和相关设备正常运转，同时，其也为宇航员提供必要的生存条件。随着人类太空活动增多，滞留外太空或其它星球的时间越来越多。这就需要在太空中或星球上创造居住地，由于传统机械结构重量大以及运载能力的限制，导致机械结构的太空密封舱难以满足需求。而充气单元结构制成的太空密封舱能较好实现要求。2016年，太空舱——“比奇洛充气式太空舱”即BEAM号[19]成功发射
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-图1-2“天帆一号”展开过程示意图[15]（3）充气式太阳阵列：为航天器结构长期在轨运行提供动力来源的一种结构。随着科学实验任务增多，对航天器的运行时间提出了更高要求，进而需要更多能源。相较与传统提供燃料能源和刚性结构，大型充气式太阳阵列不仅减轻结构重量，而且具有更小的包装发射体积。2014年，美国可展开空间系统（DSS）公司针对大功率电推进（SEP）技术项目，采用网膜负载及热稳定性更好的碳纤维复合材料薄壁展开结构，并且借鉴了哈勃太阳翼的周边框架式展开支撑构型，研制出一款轻型ＲOSA（ＲollOutSolarArray）太阳电池阵工程样机[16,17]，如图1-3所示。图1-3太阳电池阵[16]（4）充气式太空密封舱：为人类进行太空探索或星际航行提供的居住场所。早在上世纪90年代，美国航天局就最早提出了充气太空舱体的设想[18]，太空密封舱可以防护太空碎片和辐射以保护宇航员和相关设备正常运转，同时，其也为宇航员提供必要的生存条件。随着人类太空活动增多，滞留外太空或其它星球的时间越来越多。这就需要在太空中或星球上创造居住地，由于传统机械结构重量大以及运载能力的限制，导致机械结构的太空密封舱难以满足需求。而充气单元结构制成的太空密封舱能较好实现要求。2016年，太空舱——“比奇洛充气式太空舱”即BEAM号[19]成功发射
【参考文献】：
期刊论文
[1]翼伞充气过程的流固耦合方法数值仿真[J]. 张思宇,余莉,刘鑫. 北京航空航天大学学报. 2020(06)
[2]沈阳自动化所在轨进行太阳帆关键技术试验取得成功[J]. 军民两用技术与产品. 2020(01)
[3]国内外充气膜结构发展研究综述[J]. 贾碧原,宗兰,陈德根. 江苏建材. 2018(03)
[4]不同燃气流量对空间气囊充气展开过程的影响[J]. 信志涛,王浩,陶如意. 兵器装备工程学报. 2018(06)
[5]Numerical Simulation for Damping-Controlled Deployment of Z-Folded Inflatable Tube[J]. Yu Li,Zhan Yanan,Shi Yingfeng,Zhao Xiaoshun,Liu Xin. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2017(04)
[6]充气式太空舱闪亮登场[J]. 尹怀勤. 军事文摘. 2016(14)
[7]基于CV法的空间薄膜充气管的展开速度分析[J]. 肖潇,陶干强,陈振富,关富玲. 应用力学学报. 2014(05)
[8]Kapton薄膜折叠力学行为分析与试验[J]. 蔡祈耀,陈务军,张大旭,彭福军,房光强. 上海交通大学学报. 2014(08)
[9]典型折叠充气管的建模修正与展开仿真[J]. 谭德伟,李斌,杨智春,党会学. 宇航学报. 2010(11)
[10]Z形折叠管充气展开过程数值模拟与试验[J]. 卫剑征,杜星文,谭惠丰,赫晓东. 力学与实践. 2009(03)
博士论文
[1]柔性织物折叠建模技术及展开过程数值仿真研究[D]. 程涵.南京航空航天大学 2013
[2]空间折叠薄膜管充气展开过程气固耦合问题研究[D]. 卫剑征.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]充气展开薄膜管气固耦合特性研究[D]. 马瑞强.哈尔滨工业大学 2013
[2]空间充气管展开过程仿真及模态分析[D]. 毕朕.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3408065
【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】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IAE天线飞行试验示意图[12]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-图1-2“天帆一号”展开过程示意图[15]（3）充气式太阳阵列：为航天器结构长期在轨运行提供动力来源的一种结构。随着科学实验任务增多，对航天器的运行时间提出了更高要求，进而需要更多能源。相较与传统提供燃料能源和刚性结构，大型充气式太阳阵列不仅减轻结构重量，而且具有更小的包装发射体积。2014年，美国可展开空间系统（DSS）公司针对大功率电推进（SEP）技术项目，采用网膜负载及热稳定性更好的碳纤维复合材料薄壁展开结构，并且借鉴了哈勃太阳翼的周边框架式展开支撑构型，研制出一款轻型ＲOSA（ＲollOutSolarArray）太阳电池阵工程样机[16,17]，如图1-3所示。图1-3太阳电池阵[16]（4）充气式太空密封舱：为人类进行太空探索或星际航行提供的居住场所。早在上世纪90年代，美国航天局就最早提出了充气太空舱体的设想[18]，太空密封舱可以防护太空碎片和辐射以保护宇航员和相关设备正常运转，同时，其也为宇航员提供必要的生存条件。随着人类太空活动增多，滞留外太空或其它星球的时间越来越多。这就需要在太空中或星球上创造居住地，由于传统机械结构重量大以及运载能力的限制，导致机械结构的太空密封舱难以满足需求。而充气单元结构制成的太空密封舱能较好实现要求。2016年，太空舱——“比奇洛充气式太空舱”即BEAM号[19]成功发射
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-图1-2“天帆一号”展开过程示意图[15]（3）充气式太阳阵列：为航天器结构长期在轨运行提供动力来源的一种结构。随着科学实验任务增多，对航天器的运行时间提出了更高要求，进而需要更多能源。相较与传统提供燃料能源和刚性结构，大型充气式太阳阵列不仅减轻结构重量，而且具有更小的包装发射体积。2014年，美国可展开空间系统（DSS）公司针对大功率电推进（SEP）技术项目，采用网膜负载及热稳定性更好的碳纤维复合材料薄壁展开结构，并且借鉴了哈勃太阳翼的周边框架式展开支撑构型，研制出一款轻型ＲOSA（ＲollOutSolarArray）太阳电池阵工程样机[16,17]，如图1-3所示。图1-3太阳电池阵[16]（4）充气式太空密封舱：为人类进行太空探索或星际航行提供的居住场所。早在上世纪90年代，美国航天局就最早提出了充气太空舱体的设想[18]，太空密封舱可以防护太空碎片和辐射以保护宇航员和相关设备正常运转，同时，其也为宇航员提供必要的生存条件。随着人类太空活动增多，滞留外太空或其它星球的时间越来越多。这就需要在太空中或星球上创造居住地，由于传统机械结构重量大以及运载能力的限制，导致机械结构的太空密封舱难以满足需求。而充气单元结构制成的太空密封舱能较好实现要求。2016年，太空舱——“比奇洛充气式太空舱”即BEAM号[19]成功发射
【参考文献】：
期刊论文
[1]翼伞充气过程的流固耦合方法数值仿真[J]. 张思宇,余莉,刘鑫. 北京航空航天大学学报. 2020(06)
[2]沈阳自动化所在轨进行太阳帆关键技术试验取得成功[J]. 军民两用技术与产品. 2020(01)
[3]国内外充气膜结构发展研究综述[J]. 贾碧原,宗兰,陈德根. 江苏建材. 2018(03)
[4]不同燃气流量对空间气囊充气展开过程的影响[J]. 信志涛,王浩,陶如意. 兵器装备工程学报. 2018(06)
[5]Numerical Simulation for Damping-Controlled Deployment of Z-Folded Inflatable Tube[J]. Yu Li,Zhan Yanan,Shi Yingfeng,Zhao Xiaoshun,Liu Xin. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2017(04)
[6]充气式太空舱闪亮登场[J]. 尹怀勤. 军事文摘. 2016(14)
[7]基于CV法的空间薄膜充气管的展开速度分析[J]. 肖潇,陶干强,陈振富,关富玲. 应用力学学报. 2014(05)
[8]Kapton薄膜折叠力学行为分析与试验[J]. 蔡祈耀,陈务军,张大旭,彭福军,房光强. 上海交通大学学报. 2014(08)
[9]典型折叠充气管的建模修正与展开仿真[J]. 谭德伟,李斌,杨智春,党会学. 宇航学报. 2010(11)
[10]Z形折叠管充气展开过程数值模拟与试验[J]. 卫剑征,杜星文,谭惠丰,赫晓东. 力学与实践. 2009(03)
博士论文
[1]柔性织物折叠建模技术及展开过程数值仿真研究[D]. 程涵.南京航空航天大学 2013
[2]空间折叠薄膜管充气展开过程气固耦合问题研究[D]. 卫剑征.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]充气展开薄膜管气固耦合特性研究[D]. 马瑞强.哈尔滨工业大学 2013
[2]空间充气管展开过程仿真及模态分析[D]. 毕朕.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3408065
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