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非合作目标对接捕获机构的研究

作　者: 王晓雪
导　师: 张广玉
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 非合作目标对接捕获机构力学分析仿真
分类号: V526
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 89次
引　用: 2次
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内容摘要

非合作目标空间对接捕获技术不同于传统的合作目标空间对接,其特点是抓捕目标的非合作性,即对参数未知的对接接口及应答装置的目标航天器进行抓捕和对接,这导致其相关技术难度很大。但是,该技术存在巨大的民用和军用价值。欧、美等国投入了很多精力研究在轨捕获技术,在非合作方面的研究也取得了一定的成果。而我国对这方面的研究处于起步阶段,该项技术的研究对我国航天事业发展有着重要意义。本文主要对非合作目标对接捕获机构进行总体结构设计,并建立机构的力学模型,然后经过对模型的理论分析和仿真,验证机构设计的正确性和合理性。本文通过前期论证,以地球同步轨道卫星为抓捕对象,并选择此类卫星上安装的远地点反冲发动机喷管作为抓捕和对接的接口,然后根据捕获的初始条件和相关技术要求,提出了一种用于抓捕非合作性目标卫星的对接捕获机构设计方案。设计的对接捕获机构由负责抓捕的机械臂,末端执行器,缓冲导向平台,驱动机构,用于靠近目标的提升机构以及本体连接机构等部分组成。之后对各部分进行了具体的结构设计。然后根据设计的对接捕获机构,建立机械臂和末端执行器的运动学模型,求解了正运动学问题,并建立了机械臂坐标系,得到各个末端执行器的位姿与关节变量之间的关系,为确定机构工作空间提供依据。采用虚功原理对机构进行静力学分析,推导出机械臂驱动板提供给关节的力与末端执行器的抓捕力之间的关系,为结构的优化设计提供理论依据。基于拉格朗日动力学分析理论对机构进行动力学分析,建立机械臂各关节广义力与运动参数之间的关系式,为机构的控制提供必要准备和理论基础。建立了末端执行器和缓冲导向平台的缓冲力学模型,通过理论推导得出了目标卫星振动计算公式并进行了验证,证明机构具有一定缓冲能力,并能根据模型选取合适的参数。最后,对根据之前建立的数学模型得到的理论计算结果和通过ADAMS软件仿真得到的结果进行比较和分析,验证了建立的数学模型的准确性。利用ADAMS软件对整个对接捕获过程进行了仿真,验证了设计的对接捕获机构的合理性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题背景和研究意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
  1.3 论文研究的主要内容  14-15
第2章非合作目标对接捕获机构结构设计  15-27
  2.1 非合作目标对接捕获技术的难点  15-16
  2.2 非合作目标对接捕获方案分析  16-18
    2.2.1 对接捕获的初始条件与设计要求  16
    2.2.2 对接捕获方案设计  16-18
  2.3 对接捕获机构结构设计  18-26
    2.3.1 总体结构设计  18-21
    2.3.2 机械臂末端执行器设计  21-22
    2.3.3 机械臂的设计  22-25
    2.3.4 缓冲导向平台的设计  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章对接捕获机构的运动学和动力学建模研究  27-53
  3.1 对接捕获机构运动学分析  27-40
    3.1.1 单臂分析  27-32
    3.1.2 机械臂整体位姿分析  32-40
  3.2 对接捕获机构静力学分析  40-43
  3.3 机械臂动力学分析  43-47
  3.4 抓捕过程缓冲分析  47-51
  3.5 本章小结  51-53
第4章对接捕获机构仿真研究  53-63
  4.1 运动学仿真  53-56
  4.2 捕获目标过程的仿真  56-58
  4.3 机构各部分受力的仿真分析  58-62
  4.4 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-68
致谢  68

非合作目标对接捕获机构的研究

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