《太空飛行器柔性線纜拖拽力學建模及線纜系統布線規劃研究》是依託哈爾濱工業大學，由游斌弟擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：太空飛行器柔性線纜拖拽力學建模及線纜系統布線規劃研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：游斌弟
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
太空飛行器結構質量最佳化幾乎達到了極限，線纜系統總體集成規劃設計已成為研究的焦點。而傳統太空飛行器布線一般採用1:1比例模擬實物樣機模型通過人工模擬裝配，缺乏統一總體規劃及理論依據。本項目以太空飛行器柔性活動線纜布線系統為研究對象，考慮線纜拖拽呈現蜿蜒、扭轉、纏繞等幾何大變形，結合非線性本構關係，建立柔性線纜力學模型；考慮空間幾何約束、線纜物理性能約束和載荷約束等，研究柔性活動線纜運動學與動力學分析求解問題。通過開發相應的虛擬仿真環境，實現線纜路徑規劃的三維實體動態仿真。通過劃界與規劃研究高效的路徑規划算法實現線纜在有各種約束工況下的可行空間域的求解，進而研究不同柔性線纜物理特性參數對整個可行空間域的影響規律。最後通過各種物理試驗與虛擬環境仿真試驗相結合，運用可靠性分析技術和方法，研究線纜在各種約束工況作用下的規劃路徑可行性評價與性能預測方法。研究工作對提高太空飛行器系統可靠性及線纜布線效率具有重要意義。
結題摘要
柔性線纜作為太空飛行器中控制能源與信息傳遞的載體，其可靠性與安全性要求極高，線纜因柔性大變形產生多變的空間形態，同時布線與裝配空間內約束工況複雜，導致其出現約束下的力學拉傷或過度彎曲纏繞造成的失效。此外，太空飛行器發射過程引發的線纜振動，會導致線纜端部脫離約束或者卡箍被拖拽離開敷設面，會引起電信號干擾甚至線纜扯斷，進而影響太空飛行器在軌運行電控性能。針對衛星線纜大撓度變形的特點，考慮線纜物理特性，建立了線纜的力學模型，提出一種以矢徑、俯偏角表達線纜任意一點位置，以四坐標系之間互相轉換描述線纜空間姿態的線纜空間位姿表達法；建立線纜在僅受自身重力和環境分布力時的靜力平衡模型；根據線纜的物理特性、運動參數和受力條件建立線纜的運動學方程和動力學模型。此外，考慮布線過程中的空間約束與載荷作用，建立柔性線纜的力學模型，對線纜力學特性進行研究，分析其幾何位形、運動狀態及受力情況。進一步建立拖拽下運動柔性線纜的連續型力學模型，結合其自身本構關係，研究線纜的非線性力學特性，並進行仿真分析與試驗驗證。最後構建多約束耦合工況下線纜非線性振動模型，利用Galerkin法建立線纜面內、空間振動常微分方程，並採用多尺度法和數值方法對多約束耦合線纜非線性振動模型進行定性與定量分析，研究線纜非線性振動行為規律，可為實際布線系統的路徑規劃提供理論依據與實現基礎，也為其它柔性體建模問題提供借鑑，具有重要的科學與工程價值。
