空间二维指向机构的指向精度分析

发布时间：2017-08-31 17:36

  本文关键词：空间二维指向机构的指向精度分析

  更多相关文章： 重力 空间二维指向机构 指向精度 运动副间隙 有限元方法

【摘要】：空间精密二维指向机构是空间光学相机、遥感卫星使用的具有大范围动态指向、跟踪能力的航天机构。指向精度是衡量其性能的关键指标。为提高机构的指向精度,许多学者从制造误差,高低温交变、超真空等因素对指向精度的影响展开了深入研究,很少考虑重力环境的改变对指向精度的影响。由于空间指向机构制造调试环境和工作环境重力场发生的变化会导致机构产生一定的变形,这种变形会降低机构的指向精度;同时由于空间指向机构自重较大且指向精度要求很高,重力环境的改变对指向精度的影响也不可忽略。本文研究了重力场因素的改变对空间二维指向机构指向精度的影响。二维指向机构中俯仰轴系运动副变形对指向精度影响较大。本文首先以运动副为研究对象,利用有限元理论和静力学分析软件研究了其在升空超重状态下的变形形式。计算结果表明运动副没有发生塑性变形和破坏,因此可以忽略升空过程中重力加速度变化对指向精度的影响,只需考虑地面和空间两种重力环境下的差异。然后假设空间轨道运行的运动副为图纸设计的标准几何形状,利用有限元方法研究了运动副在地面不同位置状态下由于重力作用产生的变形。根据运动副的变形分析了运动副间隙的变化。进而研究了间隙的改变对机构指向精度的影响,分析了考虑重力影响的运动副变形对机构指向精度的影响。二维指向机构中支架因重力因素产生的变形直接影响指向机构的精度。本文其次以支架为研究对象,利用有限元方法研究了支架在升空超重状态下的变形形式,计算结果表明超重状态下支架没有产生塑性变形和破坏,可以忽略升空过程中重力加速度变化对指向精度的影响,只需考虑地面和空间两种重力环境下的差异。然后假设空间轨道运行的支架为图纸设计的标准几何形状,利用有限元方法研究了支架在地面不同位姿下由于重力作用产生的变形。得出了支架所支撑的镜筒的位置偏移。根据镜筒的位置偏移计算了不同位姿下指向机构焦点的角度偏移,得出了考虑重力影响下支架变形对指向精度的影响。然后提出了一种通过调整方位轴、俯仰轴转角来补偿由于重力变形而产生的指向误差的方法以提高机构的指向精度。除此之外,支架几何结构、支架材料和俯仰轴转速在不同重力环境下对机构的指向精度也会有一定影响。本文最后通过分别选取不同的支架几何结构、支架材料和俯仰轴转速,利用有限元仿真的方法得出重力场作用下机构镜筒焦点处的位置偏移量。根据其位置偏移的大小研究了重力作用下这三种因素对指向精度的影响,为支架几何结构的几何结构、材料的选取和转速的确定提供参考。
【关键词】：重力 空间二维指向机构 指向精度 运动副间隙 有限元方法
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V441
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 空间二维指向机构简介11
• 1.2 课题研究背景和意义11-13
• 1.3 课题的研究现状13-19
• 1.3.1 重力及失重对变形影响方面14-16
• 1.3.2 二维指向机构样机制造方面16-18
• 1.3.3 微重力的模拟研究方面18-19
• 1.4 研究内容19-20
• 第2章 考虑重力影响的运动副变形对指向精度的影响20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 有限元方法简介20-21
• 2.3 考虑重力影响的运动副变形仿真21-27
• 2.3.1 运动副参数的确定21-22
• 2.3.2 运动副静力学仿真有限元模型的建立22-23
• 2.3.3 模拟研究的假设条件23
• 2.3.4 运动副超重状态下的变形形式23-24
• 2.3.5 考虑重力影响的单个内外圈的变形仿真24-25
• 2.3.6 考虑重力影响的装配状态下内外圈的变形仿真25-27
• 2.4 运动副变形对指向精度的影响27-31
• 2.4.1 运动副原有间隙对指向精度的影响27-29
• 2.4.2 考虑重力状况下运动副的变形对间隙的影响29-30
• 2.4.3 间隙变化后对指向精度的影响30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 考虑重力影响的支架变形对指向精度的影响32-57
• 3.1 引言32
• 3.2 考虑重力影响的指向机构支架的变形仿真32-45
• 3.2.1 支架及指向镜筒几何建模32-33
• 3.2.2 指向机构有限元模型的建立33-35
• 3.2.3 模拟的假设条件35-36
• 3.2.4 支架超重状态下的变形形式36-40
• 3.2.5 重力场作用下机构形变的有限元模拟40-45
• 3.3 重力场下指向机构的焦点偏移角度计算45-54
• 3.4 指向误差的调整54-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第4章 重力作用下其他因素对指向精度的影响57-69
• 4.1 支架几何结构对指向精度的影响57-61
• 4.1.1 支架不同几何结构的设计57-58
• 4.1.2 支架不同几何结构受重力变形的仿真58-60
• 4.1.3 不同几何结构支架受重力变形对指向精度的影响60-61
• 4.2 支架材料对指向精度的影响61-66
• 4.2.1 支架材料的确定61
• 4.2.2 支架不同材料受重力变形的仿真61-65
• 4.2.3 不同材料的支架受重力变形对指向精度的影响65-66
• 4.3 俯仰轴不同转速对指向精度的影响66-68
• 4.3.1 不同转速的确定66
• 4.3.2 不同转速对指向精度的影响66-68
• 4.4 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果73-74
• 致谢74-75
• 作者简介75

【参考文献】

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本文编号：766968