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《哈尔滨工业大学》 2010年
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空间非合作目标对接机构的研究

刘传世  
【摘要】: 空间交会对接技术是航天领域一项非常重要的技术,空间站的人员往返、物资补给、维修以及空间营救,失效航天器的捕获、维修、回收或再利用都离不开此项技术,我国正在进行的登月计划也离不开此项技术。对接按捕获目标方式的不同,分为合作目标对接和非合作目标对接。合作目标对接由于在目标上安装有专门设计的合作标志器(用于相对位姿测量)和对接机构,这为目标的捕获与控制提供了方便。而非合作目标对接,由于目标上没有专门的合作标志器和对接机构,且目标星与追踪星之间没有直接的信息交流,这给目标的识别与捕获带来困难。但非合作目标对接适应性强、应用范围广。国外已在非合作目标对接方面进行了有关地面和空间试验研究,我国还处于起步阶段。开展非合作目标对接技术研究具有十分重要的意义。 本文以地球同步轨道卫星为研究对象,对用于捕获目标的对接机构进行研究。在对各国卫星进行大量调研基础上,确定了卫星远地点发动机为非合作目标对接接口。该发动机的尺寸和形状通常在一个较窄范围内,且普遍为埋入式锥形结构,形状上适合识别和抓捕。根据卫星喷管的尺寸、形状、对接初始条件设计了由三个手指及一个伞形导向阻尼机构共同构成的对接机构。 对对接机构进行了运动学和动力学分析。在运动学分析方面,根据卫星喷管的尺寸和形状求解出实现对接时机械手手指的运动轨迹,并根据此轨迹逆向求解出机械手各杆件的尺寸;在动力学分析方面,基于拉格朗日方程的力学分析方法,从系统能量的角度出发对对接机构进行了分析,同时动力学分析也为后继的仿真分析奠定了理论基础。 对对接机构进行了仿真分析,运动学仿真分析演示了空间对接的过程,验证了方案设计的正确性,动力学仿真则分析了对接碰撞过程中相互作用力情况以及对接后的逐渐稳定的过程,并将得到的分析结果与基于欠驱动理论所设计的对接机构进行对比,验证了该方案的优越性。继而,本文根据动力学仿真分析得到的各零件受力情况,对各个零件进行了具体结构设计和优化,使其在满足空间对接要求的条件下,改善了所设计的对接机构的受力情况,使整个机构的重量大大降低。最后,对优化设计后的对接机构重新进行了仿真分析,并进行了过载分析,再一次验证了方案设计和优化设计的正确性。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:V526

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