飞行器月面垂直分离模拟试验台研究

发布时间：2017-08-10 14:24

  本文关键词：飞行器月面垂直分离模拟试验台研究

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【摘要】：为了模拟嫦娥五号的上升器与着陆器在月面低重力环境下的分离过程,需要在地球重力环境下设计分离模拟试验台,模拟上升器的特性并对其进行重力补偿。本文完成了试验台的设计工作,研究了飞行器分离动力学和重力补偿技术。根据试验台的功能与性能要求,对比各种低重力模拟方式,选择悬挂式的重力补偿方案,满足瞬间分离过程对重力补偿的要求,设计了重力补偿装置以及承载该装置的网架结构。利用APDL建立网架结构的有限元模型,并进行了模态分析与静力学分析。设计了可调节式的五圆饼型和矩形块-圆饼型上升器模拟件,具有较高的模拟准确度。设计了倾斜台和二维移动平台,可以模拟不同着陆月面的情况,同时研究了倾斜台的运动特性。为验证试验台对分离试验的有效性,从理论上建立地面5自由度和月面6自由度的分离动力学模型,利用Simulink仿真模块分析两种模型的运动过程。建立地面环境与月面环境的ADAMS虚拟样机模型,验证理论模型的求解结果。建立多种倾斜角度的试验台仿真模型并进行动力学分析,研究倾斜台倾斜角度对分离过程的影响。为模拟月面的低重力环境,研究了重力补偿技术。根据重力补偿装置的工作过程,建立了悬挂式的重力补偿模型,并分析了开环系统的性能。利用对称根轨迹法及极点配置法,设计了直接输出反馈控制器,使得补偿系统形成闭环的恒拉力控制系统,提高了系统稳定性与快速响应性。研究了补偿系统的抗干扰性,分析了干扰对系统的影响。
【关键词】：分离模拟 动力学模型 动力学仿真 重力补偿模型 恒拉力控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V416.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义9-10
• 1.1.1 课题的来源9
• 1.1.2 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析10-17
• 1.2.1 空间重力环境模拟技术的研究现状10-15
• 1.2.2 分离机构仿真技术的研究现状15-16
• 1.2.3 国内外文献综述的简析16-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 垂直分离模拟试验台的结构设计19-38
• 2.1 垂直分离试验台的技术要求19
• 2.1.1 分离试验台主要功能要求19
• 2.1.2 分离试验台的主要性能要求19
• 2.2 分离试验台系统总体方案设计19-21
• 2.3 重力补偿装置的设计21-24
• 2.3.1 补偿装置总体设计21-22
• 2.3.2 吊装高度的确定22-23
• 2.3.3 缓冲弹簧的设计23-24
• 2.4 网架的设计24-26
• 2.4.1 网架的特点及ANSYS APDL的应用24
• 2.4.2 网架的设计分析24-26
• 2.5 上升器模拟件的设计26-32
• 2.5.1 质量惯量模拟技术26-28
• 2.5.2 上升器坐标系的定义与质量特性28
• 2.5.3 上升器模拟件的设计28-32
• 2.6 倾斜台的设计与分析32-36
• 2.6.1 倾斜台的设计32-33
• 2.6.2 倾斜台的运动分析33-34
• 2.6.3 倾斜台的ADAMS仿真34-36
• 2.7 二维移动平台的设计36-37
• 2.7.1 吊装及钢丝绳调整过程36
• 2.7.2 二维移动平台的结构设计36-37
• 2.8 本章小结37-38
• 第3章 飞行器分离动力学分析38-54
• 3.1 地面5自由度的分离动力学模型38-43
• 3.1.1 建模假设及坐标系的定义38-39
• 3.1.2 上升器模拟件的动能推导39-40
• 3.1.3 广义力的求解40-43
• 3.1.4 拉格朗日方程的建立43
• 3.2 月面6自由度的分离动力学模型43-47
• 3.2.1 建模假设及坐标系的定义43-44
• 3.2.2 上升器的动能推导44
• 3.2.3 广义力的求解44-46
• 3.2.4 拉格朗日方程的建立46-47
• 3.3 动力学方程组的求解与结果分析47-49
• 3.3.1 动力学方程组的构型分析47
• 3.3.2 动力学方程组的求解47-48
• 3.3.3 两种模型仿真结果的分析48-49
• 3.4 ADAMS仿真与对比分析49-51
• 3.4.1 仿真模型的建立49-50
• 3.4.2 仿真结果的分析50-51
• 3.5 不同倾斜角度时的仿真结果分析51-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 重力补偿装置控制系统分析54-64
• 4.1 补偿控制方案的设计54
• 4.2 补偿控制系统的设计54-63
• 4.2.1 重力补偿装置的建模与分析54-58
• 4.2.2 控制器的设计58-61
• 4.2.3 系统抗干扰性的分析61-63
• 4.3 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-71
• 致谢71

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本文编号：651196