《桿狀空間柔性展開機構展收動力學的時變建模與分析》是依託清華大學，由趙治華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：桿狀空間柔性展開機構展收動力學的時變建模與分析
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：趙治華
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
桿狀柔性空間展開機構作為衛星天線和太陽翼的主要承力部件，是建造高解析度對地觀測衛星和空間站的關鍵部件。其在太空軌道，能否正常展開和收攏直接關係到飛行器任務的成敗，故對其展收動力學的研究受到廣泛關注。近年來，人們對柔性體的建模工作已取得很大成功，但用現有非時變方法研究柔性展開機構引入自由度多、求解時間長，以致對展收過程的穩定性和可靠性等問題仍缺乏深入研究。鑒於此，本課題擬開展如下三項工作：(1)發展柔性多體系統的時變建模和數值求解方法，提高計算效率並研究展收組件幾何和物理參量對展收可靠性的影響；(2)發展時變梁單元，研究展收過程的側向和扭轉穩定性；(3)針對幾類桿狀柔性展開機構研究其展收動力學特性，揭示機構設計關鍵。本項目研究結果有望套用於我國正在和即將研製的桿狀柔性展開機構的設計中，所發展的時變建模方法亦可用於其他柔性系統仿真中，為科學研究和工程套用提供有力的建模方法和計算工具。
結題摘要
大型空間可展機構是衛星天線和太陽翼的主要承力部件，是建造高解析度對地觀測衛星和空間站的關鍵部件。其在太空軌道，能否正常展開直接關係到巨額投資的飛行器任務的成敗，故對其展開動力學的研究受到廣泛關注。近年來，人們對柔性體的建模工作雖已取得很大成功，但用現有方法來建模大型複雜柔性展開機構時，引入的廣義坐標數目多、求解時間長，以致對展開動力學內在特性的認識仍然十分匱乏。鑒於此，本課題重點開展了如下幾項研究：（1）對繩索滑輪系統，提出了考慮摩擦的時變索建模方法，在相同的計算精度下大幅減少了計算廣義坐標數，提高了計算效率。（2）開發了基於子結構建模的柔性多體系統動力學求解器及相應前後處理程式，大大簡化了建模複雜系統的難度。（3）系統深入的分析了盤饒式桿狀伸展臂的展開動力學特性，為我國空間站太陽翼的展開方案選型提供了重要的技術支持。（4）系統深入的分析了大型環形可展天線的展開動力學特性，獲得了制約展開驅動力和部件載荷的核心因素，為我國首個大天線的設計提供了重要的理論支撐。（5）對環形天線的能效學分析指出，天線展開需要的驅動力是非線性的，初期小後期大，而傳統驅動器提供的驅動力是線性的，初期大後期小。為此提出藉助凸輪或非圓齒輪調製傳統彈簧力輸出曲線，使其更適合天線展開所需大的非線性力位移曲線。本課題發展的時變建模方法以及開發的動力學求解程式，亦可用於其他柔性系統仿真中，為科學研究和工程套用提供有力的建模方法和計算工具。提出了非線性驅動器也可用於其他工程系統中。
