收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

空间站双杆机械臂转位动力学及仿真研究

孙仲泽  
【摘要】:随着航天技术的发展和进步,越多的国家开始了开发太空的计划。空间站作为一种可供航天员长时间工作和生活的航天器,越来越受到各国的重视。从前苏联的世界第一座礼炮号空间站到有史以来最伟大的国际空间站,无不倾注了各国科研人员的心血。伴随着中国在载人航天领域取得的巨大成就,中国也开始规划自己的空间站。 空间站在太空的组建过程比较复杂。通常先前发射的舱段需要从轴向的对接口转移到侧向对接口,这一过程需要机械臂来实现。相对于单杆机械臂有限的功能,双杆机械臂不仅能完成转位任务,还能执行其他较复杂的任务。在空间站转位过程中,空间站各组件的姿态都会发生变化,使得空间站受到的重力梯度力矩和气动力矩变得复杂。本文系统地分析了空间站在双杆机械臂转位的过程中的动力学特性,为中国拟建造的空间站提供理论参考。 本文将空间站的4个主要模块视为刚体,以牛顿—欧拉法为基础,推导4刚体动力学方程,建立了空间站双杆机械臂转位动力学数学模型,并经MATLAB软件编程仿真验证,同时仿真结果表明空间站在转位过程中总体相对于总质心的转动惯量变化巨大,也就是说空间站的姿态变化非常大。 分析了转位过程中重力梯度力矩的变化,以及重力梯度力矩对空间站姿态的影响。创新性地分析了多体系统相对于非质心的重力梯度力矩。分析结果表明重力梯度力矩对空间站的转位有非常大的影响,最大的重力梯度力矩达到10Nm左右,最终的角动量积累的最大值达到10000Nms左右。在控制系统设计中必须考虑重力梯度力矩的影响。 分析了转位过程中空间站的受到的气动阻力及其引起的气动力矩对空间站姿态的影响。应用自由分子流理论建立气动阻力的模型,并利用集合理论计算气动阻力在空间站各组件上的有效作用面积。分析结果表明气动力矩的最大值的绝对值达到4Nm左右,角动量积累的最大值达到10000Nms左右,可见气动力矩虽然没有重力梯度力矩的影响大,但也是不得不考虑的因素。
【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】:2011
【分类号】:V476.1

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 熊延龄;;美国空间站进入设计制造阶段[J];国际太空;1987年08期
2 潜红宇;;美国国会议员要求保证空间站计划[J];国际太空;1990年06期
3 范剑峰;;国际永久性空间站的若干问题[J];国际太空;1988年11期
4 熊延龄;;美国前空间站计划负责人辞职[J];国际太空;1989年01期
5 王凤台;;美国调整空间站计划[J];国际太空;1990年03期
6 安嘉欣;;戈达德中心退出空间站工作 转到研制地球观测系统[J];国际太空;1990年06期
7 沈人杰;;美国准备重新设计空间站[J];国际太空;1991年02期
8 张力;;俄罗斯加速执行和平2号空间站计划[J];国际太空;1993年07期
9 周以蕴;;美俄联合建造空间站[J];航空知识;1994年04期
10 王丹阳;;美国大型永久性空间站计划[J];中国航天;1985年10期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 李存惠;史亮;张剑锋;杨生胜;;材料空间暴露试验综述[A];第三届空间材料及其应用技术学术交流会论文集[C];2011年
2 蔡金荣;刘振兴;吴季;朱光武;孙辉先;孟新;史建魁;张立荣;陈晓敏;张永维;杨思忠;边凤梅;袁仕耿;陶志刚;陈逢田;;地球空间双星探测计划的成果[A];第二十四届全国空间探测学术交流会论文摘要集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 孙自法;把太空育种纳入载人航天及空间站计划[N];广东科技报;2011年
2 本报驻外记者 李文云 于青 黄培昭 莽九晨 马小宁 施晓慧 张晓东 顾玉清 李永群 廖政军 韦冬泽 苑基荣 刘华新 史克栋 吴志华;国际舆论关注天宫一号发射[N];人民日报;2011年
3 黄文君;“天宫”上天引外媒热议[N];人民日报海外版;2011年
4 编译 纪军;专家:美国不该冷落中国的航天崛起[N];世界报;2008年
5 驻东京记者 刘洪亮 记者 任海军 报道员 伊戈里·谢列布良内;中国技术进步令人印象深刻[N];文汇报;2011年
6 张开逊;回望人类发明之路[N];大众科技报;2005年
7 本报驻日本记者 于青 管克江;追寻科技之梦[N];人民日报;2000年
8 张光政顾玉清 刘华新 于青;世界同行瞩目中国神七[N];人民日报;2008年
9 马丁;这一天迟早要到来[N];中国邮政报;2003年
10 记者 魏忠杰;俄为航天发射急找“盘缠”[N];新华每日电讯;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 周黎妮;考虑动量管理和能量存储的空间站姿态控制研究[D];国防科学技术大学;2009年
2 靳尔东;航天器编队姿态协同控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙仲泽;空间站双杆机械臂转位动力学及仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 石宏睿;空间站力矩平衡姿态研究与姿态控制器设计[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 王玉爽;无拖曳卫星控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 黄厚田;空间站姿态控制特性分析[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 陈绍红;充液航天器的晃动抑制与鲁棒姿态控制[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 曹璐;基于非线性滤波的小卫星姿态确定及控制研究[D];国防科学技术大学;2010年
7 鲁文涛;基于脉冲等离子体源的航天器表面电位主动控制的研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2010年
8 马新普;柔性航天器变结构姿态控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
9 马超;高精度空间飞行器动力学集成建模方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 袁幸伟;摄动因素对航天器轨道设计的影响分析[D];哈尔滨工业大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026