充气薄膜桁架的协同折叠设计及展开过程仿真

发布时间：2024-02-23 16:13

　　充气薄膜桁架结构可应用于大型空间充气薄膜航天器的展开部件和支撑结构。研究了充气薄膜桁架结构的协同折叠设计方案,首先推导了蒙皮结构的折叠状态几何公式,然后设计充气桁架的折叠方案,以几何适应于蒙皮结构折叠状态。建立了协同折叠设计方法,并得到了参数化模型。方案实现了横向和纵向同时折叠,横向折叠率为2.67,纵向折叠率为8.82。基于改进的弹簧-质点系统,完成了充气薄膜桁架结构的充气展开动力学仿真,得到了展开动力学行为和参数。仿真结果表明展开过程平稳可靠,未发生各构件间的物理干涉,从而评估了协同折叠设计方案的合理性,为此类结构的工程应用提供了技术支撑。

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【部分图文】：

图1充气薄膜桁架结构

充气薄膜桁架结构由充气纵杆、充气横杆和薄膜蒙皮构成,如图1所示。充气纵杆和充气横杆的材料是厚度为200μm的Kapton-AL薄膜,弹性模量为14.35GPa,泊松比为0.3,密度为1420kg/m3。薄膜蒙皮的材料为厚度为200μm的Kapton织物,弹性模量为3G....

图3折叠单元的平面几何关系

相邻几个折叠单元折叠状态的平面几何示意如图3所示。接下来评估三维折叠方案的折叠效率。由图3可知,

图5折叠过程运动学

在图5中,当薄膜完全展开时,θM=0,可得θG=0,θS=0。在折叠过程中,如果已知θM,可根据式(6)(7)得到θG,θS。完全折叠状态时,θΜ=π2,可得θG=π-2α,θS=π2。2.2蒙皮结构折叠设计

图6蒙皮结构

如前所述,蒙皮结构为内切圆直径为3460mm的12边棱柱面,如图6所示,展开后为长11125.20mm、宽3000mm-80mm=2920mm的矩形。长度方向等分为k=12份,有d1+d2=927.10mm。根据第1.2小节的要求,充气薄膜桁架结构折叠后外....

本文编号：3907639