论文摘要
宇航事业的快速发展对空间天线提出了更高要求,如大口径、高精度、轻质量及高刚性等。由于运载工具在结构重量和体积上的限制,大型空间天线朝着可展结构的方向发展。其中周边桁架可展天线是各国竞相研究的重点,与其他天线结构形式相比,这种天线具有柔性大、空间热稳定性好、压缩比大的特点,其应用空间比较大,天线口径可应用于6～150米的范围,且结构形式简单,在一定范围内口径的增大不会改变天线的结构形式,质量也不会成比例的增加,是目前大型可展天线理想的结构形式。其主要特点是:杆件节点数量大,几何拓扑关系复杂,节点构造形式简洁,运动约束简单,由几何一致的构架单元组成,采用轻质复合材料、高抗振的等截面直杆。可展天线必经的展开过程是一个从机构到结构转化的十分复杂的过程,也是可展天线最容易出现故障的环节之一。因此在设计阶段,进行可展天线展开过程仿真和展开性能预测研究是十分必要的。根据周边桁架式可展开空间机构的结构特点,采用坐标变换方法,建立了通用的展开过程运动分析模型,分析了展开过程中结构上任意点的位置、速度和加速度。为避免展开过程中冲击过大,对周边单元的展开速度进行了规划,建立了驱动绳索的运动与单元展开运动之间的变换关系,将周边单元的运动规划转化为展开绳索的运动控制,对天线的展开实施位置控制。在此基础上,基于多刚体系统动力学的Lagrange方法,考虑耗散力、铰链处扭簧的驱动力及索网预张力对展开过程的影响,建立了周边桁架可展天线展开过程的动力学模型,给出了基于力控制的展开过程控制策略,得出了展开过程驱动力的变化与天线位形变化之间的关系,根据所规划好的天线展开运动得出了相应的驱动力。提出了一种基于虚拟样机技术的可展天线展开过程分析仿真方法。利用VC++和ADAMS的CMD命令,参数化的建立了整机模型,能自动完成可展天线展开过程的多刚体动力学分析。并研究了考虑各杆为柔体时的展开过程多柔体分析。