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空间充气结构展开过程动力学仿真研究

彭路  
【摘要】: 空间充气结构是一种新型的空间设备,它能够有效解决传统设计所产生的诸多问题:项目成本高、沉重且存储体积庞大、展开性能不稳定、尺寸受到严格限制等。在欧美、日、俄等国,空间充气结构已经获得了高度重视和大力发展,被应用于广泛的领域,逐步成为各类大型航天设备的发展趋势。空间充气结构的展开过程研究是其整体发展所必备的关键技术之一。展开过程的平稳性和可靠性直接关系到充气结构的使用成败。而大量的空间飞行试验表明仅以试验手段作为展开过程的研究方法具有明显缺陷。有限元仿真技术必须应用于展开过程研究,成为试验手段的有效辅助和补充。但是国内关于这一方面的研究仍旧处于空白阶段。 本文以充气结构的展开过程为研究对象,利用计算机仿真技术,建立了各结构的有限元模型,并展开了相关的动力学仿真分析。主要研究内容如下: (1)以有限元分析软件MSC.Dytran作为基本工具,综合处理了动力学积分求解、流固耦合和接触计算等有限元分析难题,成功地将有限元分析技术应用于充气结构的展开过程研究。此方法对各类柔性充气结构的相关设计分析提供了重要的参考和指导。 (2)对充气管的展开过程进行了仿真分析,并深入探讨了折叠方法、展开控制机构对于展开过程的影响。充气管不仅是柔性充气结构必备的基本组成部件,同时也是部分柔性结构的有效简化模型,对于它的仿真研究具有重要的基础性和代表性。 (3)对充气式抛物面反射天线的展开过程进行了仿真分析,深入探讨了充气速率、内部阀门压力、抛投作用、支撑体系刚度等因素对于展开过程的影响,并对具体结构的设计提出了合理建议。这一部分将本文的仿真分析方法应用于具体工程实例,相关分析结果对于各类充气结构的展开均具有借鉴意义。


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