空间飞行器分离仿真试验台的研究

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1、硕士学位论文空间飞行器分离仿真试验台的研究RESEARCHOFTHESIMULATIONTESTBEDOFSPACECRAFT（工程硕士）陈腾飞哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TE345学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文空间飞行器分离仿真试验台的研究(工程硕士)硕士研究生：陈腾飞导师：陈志刚副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TE345U.D.C:621DissertationfortheMaster

2、DegreeinEngineeringRESEARCHOFTHESIMULATIONTESTBEDOFSPACECRAFT(MasterofEngineering)Candidate：ChenTengfeiSupervisor：AssociateProf.ChenZhigangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2

3、015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在探月三期中，绕月飞行的探月飞船的轨道舱和返回舱要实现分离，分离的成功与否关乎飞船能否正常完成探月任务。这就需要在地面上用试验台模拟空间零重力环境下轨道舱和返回舱的分离运动。通过仿真试验能检验分离机构的可靠性和分析舱段分离后的运动规律。本论文所设计的空间飞行器仿真试验台就是用来完成此项仿真任务。经过权衡各种零重力模拟方法的利弊，采用了平面气浮轴承和高精度调心球轴承相结合的方案，对核心部件十字轴和抗弯件

4、的装配体进行了多目标优化设计。设计了试验台的整体结构，并进行校核。对动刚度较差的G舱模拟器进行了模态分析获得了前四阶固有频率和振型，从基频可看出G舱段模拟器的抗振性能满足要求。对结构设计的难点质量惯量模拟机构的设计方案进行了研究。由于质量特性方程未知数多，次数高，且非线性，传统的符号推导直接求解法只能求得部分虚数解。采用分块求解和迭代求解的方法可以快速解得尺寸参数。分析推导了关节测量装置的测量精度。采用固定一个舱段，降低模型自由度的方法，建立了地面5自由度动力学模型和空间6自由度动力学模型。采用四阶/五阶龙格-库塔法求解动力学微分方程，求得数值解并分析

5、了地面环境和空间环境两种状态下分离过程姿态速度变化规律。利用ADAMS软件分别模拟空间环境和地面环境的分离过程，得到的规律和动力学方程求解的规律相符，表明动力学模型的有效性。分析了自由度缺失、摩擦阻力矩和试验台非完全体对分离的影响，结果表明地面分离仿真试验台能够有效模拟空间分离过程。关键词：分离运动；动力学建模；动力学仿真；质量特性模拟；多目标优化；I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInChinesethirdlunarexplorationprogram,thereturnmoduleandtheorbitalmoduleofthelu

6、narmissionspacecraftwillseparatewhenorbitingthemoon.Atestbedonthegroundisneededtosimulatetheseparationmovementbetweenthereturnmoduleandtheorbitalmoduleinzerogravityenvironment.Withthistestbed,thereliabilityoftheseparatingdevicecanbetestedandtheruleofseparatingmovementcanbeanalys

7、ed.Afterweighingtheprosandconsofsomezerogravitysimulationmethods,theschemeofhybridofflatairbearingsandprecisionself-aligningballbearingisselected.Togainabalancebetweenthemassandrigid,themulti-objectiveoptimizationisconducted.Theotherstructureofthetestbedisdesignedandchecked.Bymo

8、deanalysis,thefirstfournaturalfrequenciesandmod