月球车含隙铰可展帆板动力学特性研究

发布时间：2017-09-01 11:36

  本文关键词：月球车含隙铰可展帆板动力学特性研究

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【摘要】：随着深空探测开展与太空资源开发的快速推进,航空航天机械系统对机构运动精准性、稳定性、可靠性要求也不断提高,但工程实际中无法规避铰间隙对机构动力学特性的影响,因此含间隙铰机构动力学特性研究成为人们要解决的关键问题之一。本文旨在通过研究不同工况参数下月球车含间隙铰可展帆板展开过程动力学特性,提出工况参数调整方式及范围以减弱铰间隙引起的不良效应,为帆板样机铰结构优化设计、加工及其后续试验控制研究提供理论指导,具有一定的理论研究意义和工程实用价值。本文主要研究内容如下:首先,建立月球车含间隙铰可展帆板动力学模型。针对月球车可展帆板低速往复摆动的工作特性,建立间隙铰结构模型以合理描述机构运动中间隙铰处实际接触碰撞过程,并以状态转变判别方程为依据,将间隙铰模型嵌入理想机构模型中,进而建立了月球车含间隙铰可展帆板的动力学模型。其次,解析间隙对帆板展开过程动力学特性的影响。根据MATLAB数值仿真结果,定性分析间隙半径、间隙数目、间隙位置、重力环境、驱动速度、摩擦系数等不同工况参数对机构运动姿态、铰碰撞力和驱动力矩等动力学特性的影响,基于无量纲幅值影响指标,进一步定量分析不同工况下含间隙铰机构的动力学特性,在此基础之上,提出了工况参数调整方式及范围,对样机铰结构的优化设计予以指导。在ADAMS软件中建立仿真模型,对比分析其动力学特性,印证动力学模型和数值分析的正确性。最后,初步辨识月球车含间隙铰可展帆板动力学行为的混沌现象。结合含间隙铰机构动力学方程的数值解绘制可展帆板的Poincare映射图,初步判断机构的混沌运动状态,并分析不同工况参数对机构混沌运动的影响。
【关键词】：月球车可展帆板 双间隙 动力学特性 混沌
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V476.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题来源11
• 1.2 课题研究背景和意义11-13
• 1.3 国内外研究现状13-18
• 1.3.1 多体系统动力学研究现状13-14
• 1.3.2 含间隙铰多体系统动力学研究现状14-16
• 1.3.3 含间隙铰机构动力学试验研究现状16-18
• 1.3.4 混沌学理论研究及其应用现状18
• 1.4 本文主要研究内容18-20
• 第2章 月球车含间隙铰可展帆板动力学建模20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 机构简介20-21
• 2.3 间隙铰结构建模21-25
• 2.3.1 间隙铰结构数学模型的建立22-23
• 2.3.2 间隙铰结构接触力模型的建立23-25
• 2.3.3 状态转变判别方程的建立25
• 2.4 含单间隙铰机构动力学建模25-28
• 2.4.1 机构姿态运动分析26-27
• 2.4.2 机构动力学方程的建立27-28
• 2.5 含双间隙铰机构动力学建模28-30
• 2.5.1 机构运动姿态分析28-30
• 2.5.2 机构动力学方程的建立30
• 2.6 本章小结30-32
• 第3章 月球车含间隙铰可展帆板动力学数值仿真32-57
• 3.1 引言32
• 3.2 含间隙铰机构动力学特性分析32-34
• 3.3 含间隙铰机构动力学特性影响因素分析34-52
• 3.3.1 间隙半径对机构动力学特性影响35-39
• 3.3.2 间隙位置对机构动力学特性影响39-41
• 3.3.3 重力环境对机构动力学特性影响41-45
• 3.3.4 驱动速度对机构动力学特性影响45-49
• 3.3.5 摩擦系数对机构动力学特性影响49-52
• 3.4 含间隙铰机构动力学特性定量分析52-55
• 3.4.1 无量纲幅值影响指标的定义52-53
• 3.4.2 定量分析结果53-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第4章 月球车含间隙铰可展帆板ADAMS动力学仿真57-71
• 4.1 引言57
• 4.2 含间隙铰机构仿真模型的建立57-60
• 4.2.1 间隙铰结构模型的建立58-60
• 4.2.2 求解方法与参数设置60
• 4.3 含单间隙铰机构ADAMS动力学仿真60-67
• 4.3.1 机构动力学特性验证分析61-63
• 4.3.2 机构动力学特性影响因素验证分析63-67
• 4.4 含双间隙铰机构ADAMS动力学仿真67-70
• 4.4.1 不同间隙位置时机构动力学特性对比分析67-68
• 4.4.2 不同间隙数目时机构动力学特性对比分析68-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第5章 月球车含间隙铰可展帆板混沌现象辨识71-82
• 5.1 引言71
• 5.2 混沌学基本理论概况71-75
• 5.2.1 混沌运动的定义71-72
• 5.2.2 混沌运动的基本特征72-73
• 5.2.3 混沌现象的辨识方法73-75
• 5.3 含间隙铰机构的Poincare映射75-77
• 5.4 含间隙铰机构混沌运动的参数影响分析77-81
• 5.4.1 不同驱动速度时机构的Poincare映射77-78
• 5.4.2 不同间隙半径时机构的Poincare映射78-79
• 5.4.3 不同重力环境时机构的Poincare映射79-81
• 5.5 本章小结81-82
• 结论82-84
• 参考文献84-90
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果90-91
• 致谢91

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本文编号：771858