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基于ADAMS的周边桁架式卫星天线仿真研究

作　者: 黄明亚
导　师: 吕海峰; 黄晋英
学　校: 中北大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 可展开天线周边桁架运动学分析动力学分析 ADAMS
分类号: TN820
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 5次
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内容摘要

随着人类对太空探索的深入，航空航天技术的要求也越来越高，空间天线作为联系地面和太空的重要工具，对其提出了更高要求。在满足精度、质量及刚性要求的同时，天线的口径需求也越来越大。周边桁架式天线具有收缩后占用空间范围小，结构形式简单，结构稳定，不会随着可展开天线口径的增大而改变，是卫星天线领域中最理想的可展开天线类型。本文对周边桁架式卫星天线的功能，结构及工作原理进行了分析。确定了周边桁架天线结构的独立可变参数。在此基础上，通过三维建模软件建立天线的三维参数化实体模型（零件结构图及装配图）。根据周边桁架式卫星天线的机构特点，结合空间坐标变换原理建立了天线展开时的运动学方程。分别对展开过程中机构上主要关节点的运动学参数（位置、速度、加速度）进行了分析。为避免周边桁架在展开过程中产生较大的力的突变，对周边桁架天线的展开速度进行了研究，通过STEP驱动函数实现对周边桁架结构在展开中位置的控制。采用拉格朗日方法，结合多体动力学理论，将桁架天线在展开过程中节点的摩擦力、扭转力、反射面的张紧力等等因素综合考虑，建立起桁架可展天线在运动中的动力学模型。采用逆动力学方法，提出了基于绳索展开过程的控制策略。获得了天线展开过程中天线的位置变化与受力变化的关系。根据其运动特性获得天线机构各关节的受力状况，进而获得整个机构在展开过程中的受力情况。设计了虚拟样机仿真模型，基于ADAMS对周边桁架卫星天线进行仿真，模拟在太空环境（完全失重和1/6重力条件）下的展开过程。并提取仿真结果进行分析验证。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 背景及意义  10-11
  1.2 大型可展开天线概述  11-12
  1.3 大型可展开天线的几种结构形式  12-16
    1.3.1 径向肋天线  12-13
    1.3.2 环柱形天线  13
    1.3.3 张力背架式天线  13-14
    1.3.4 弹性复原型天线  14
    1.3.5 刚性反射面可展开天线  14-16
    1.3.6 充气式天线  16
  1.4 可展开天线的动力学及仿真研究现状  16-19
  1.5 本文的主要工作及组织安排  19-20
    1.5.1 本文的主要工作  19
    1.5.2 本文的组织安排  19-20
第二章周边桁架式卫星天线的模型设计  20-30
  2.1 周边桁架式可展开天线的构成  20
  2.2 周边桁架机构的尺寸设计  20-27
    2.2.1 整体结构尺寸的设计  20-22
    2.2.2 桁架单元的计算  22-27
  2.3 伸展机构的设计  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章周边桁架式天线展开过程运动学分析  30-41
  3.1 空间坐标理论和变换方法  30-31
  3.2 周边桁架展开过程位置分析  31-34
    3.2.1 伸展机构的位置分析  31-33
    3.2.2 周边桁架单元结构的位置分析  33-34
  3.3 桁架展开过程的速度和加速度分析  34-40
    3.3.1 展开过程速度分析  34-38
    3.3.2 展开过程的加速度分析  38-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章周边桁架式天线展开的动力学分析  41-50
  4.1 多刚体系统的动力学模型  41-44
  4.2 周边桁架式天线展开的动力学分析  44-47
  4.3 展开过程中碰撞接触时的动力学分析  47-48
  4.4 周边桁架展开过程的运动控制  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章周边桁架式可展开天线的仿真分析  50-74
  5.1 ADAMS 软件概述  50-51
  5.2 桁架天线展开过程的仿真  51-55
    5.2.1 模型的导入  51-52
    5.2.2 模型添加材料  52-53
    5.2.3 添加约束  53-54
    5.2.4 添加驱动  54
    5.2.5 仿真  54-55
  5.3 仿真结果及分析  55-65
    5.3.1 完全失重状态下的运动学曲线  56-64
    5.3.2 微重力下天线仿真的运动学曲线  64-65
  5.4 天线展开过程动力学数值仿真结果及分析  65-73
    5.4.1 五支杆节点处各铰链的受力分析  65-68
    5.4.2 五支杆节点处各铰链的扭矩变化  68-70
    5.4.3 大臂与大臂连接机构处的受力  70-72
    5.4.4 大臂与大臂连接机构处的扭矩变化  72-73
  5.5 本章小结  73-74
第六章总结与展望  74-76
  6.1 总结  74
  6.2 展望  74-76
参考文献  76-80
攻读硕士期间发表的学术论文  80-81
致谢  81-82

基于ADAMS的周边桁架式卫星天线仿真研究

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