空间天线展开机构运动学分析

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1、2017年第4期导弹与航天运载技术No.42017总第354期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.354文章编号：1004-7182(2017)04-0026-04DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20170407空间天线展开机构运动学分析秦丽华，刘成国，邵春收，段雅丽，穆立民（北京航天长征飞行器研究所，北京，100076）摘要：根据利用母舱自旋实现天线展开机构的具体结构，考虑天线杆离心力、阻尼力矩等因素，建立了微小型航天器天线展开机构的运动学模型。开展二杆、四杆状态下的试验验证，计算结果与试验结果符合较

2、好。试验结果验证了模型的合理性，为利用母舱自旋实现天线展开的机构设计提供了理论研究方法。关键词：航天器；展开机构；运动学分析+中图分类号：V443.4文献标识码：AMotionAnalysisonStructureforSpaceDeploymentAntennaQinLi-hua,LiuCheng-guo,ShaoChun-shou,DuanYa-li,MuLi-min(BeijingInstituteofSpaceLongMarchVehicle,Beijing,100076)Abstract:Centrifugalforceanddampinga

3、reconsideredbasedonstructureofantennadeploymentmechanismusesspace’srotateenergy.Amotionmodeloftheantennadeploymentmechanismofthesmallspacecraftisdeducedandimplemented.Accordingtothemodel,thecomputerprogramisdevelopedbyFORTRON.Theexperimentsofthedifferentpressurearecarriedout.Cal

4、culationresultscoincidewiththeexperimentresults,thecorrectoftheejectionmodelistestedbytheexperimentresults.Thestudyofferstheoreticalmethodsforconstructionaldesignoftheantennadeploymentmechanism.Keywords:Spacecraft;Deploymentantenna;Motionanalysis0引言展开过程中的同步；锁紧机构用于天线展开后对天线杆由于微小型航

5、天器的外形受其运载平台空间的限组件的锁紧并使天线杆保持在固定位置上。制，其本体设计中部分附件采用可伸展机构。展开机构有电动展开机构、弹簧展开机构以及记忆合金展开[1~5]机构等，有些天线也采用充气结构。同时，在展开机构展开到位锁定时，由于此时已有较大的展开速度，储存在展开机构上的势能将释放出来，必然会产生较大的冲击载荷作用在展开机构上，展开附件整体会产图1天线展开机构生剧烈振动，从而对航天器本体产生冲击和振动扰动[6]。本文介绍一种利用航天器自旋转动完成天线展开及压簧导向杆锁紧的机构，并进行运动学分析及试验验证。阻尼块天线杆1机构组成及工作原理扭簧基座

6、利用自旋转动完成天线展开的机构和锁紧机构组成分别如图1和图2所示。自旋舱体是航天器的主结构；天线杆组件中装有天线及电缆，天线杆支撑着天线；天线杆支座是对天线杆的支撑及连接，并允许天线杆组件转动；同步机构是带图2锁紧机构有两个同步杆的滑筒，通过滑筒保证多个天线杆组件在收稿日期：2016-09-04；修回日期：2017-06-21作者简介：秦丽华（1970-），女，高级工程师，主要研究方向为空间飞行器结构及机构设计第4期秦丽华等空间天线展开机构运动学分析272运动学分析展开角度α分别为2.1简化假定ε=()M15234a+−−−MMMMJ/（7）利用自旋转

7、动完成天线展开的机构运动过程包括ωb=∫εdt（8）舱体的转动、天线杆组件的转动及滑动、天线杆组件αω=dt∫b（9）的锁紧等过程。天线展开机构简化模型如图3所示，2.4舱体自旋分析[7]针对该过程进行如下假设：舱体自旋时，作用在天线杆上的哥氏力Q、旋转a）自旋舱体为一圆柱体并具有固定不变的质量特[9]力矩M0、旋转角加速度E、自旋角速度Ω和旋转角度性；Φ分别为b）两天线杆对称固定在舱体两侧，质量集中在质Qm=⋅⋅⋅⋅⋅2cΩωLosα（10）bbc心上，天线可以绕支座自由转动；MQ0a=−⋅+⋅2(RLcsin)α（11）EMI=/（12）c）滑筒在

8、舱体上可在固定区间滑动。0Ω=∫Etd（13）Φ=∫Ωdt（14）式中I为舱体及天线展开机构组