航天器爪型对接机构对接过程动力学仿真分析

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1、Vol，23No．6航天器工程第23卷第6期!!量!垒篁曼篁里垒兰三兰些篁!些曼兰垦!些篁!!!!堑!!旦航天器爪型对接机构对接过程动力学仿真分析邓润然马炜姜水清(北京空问飞行器总体设计部，北京100094)摘要航天器对接机构是完成空间在轨对接任务的核心机构，要保证成功完成对接任务，必须清楚掌握其对接过程动力学作用机理与表现。文章针对爪型对接机构的对接过程开展动力学研究，建立了考虑对接过程中的接触、摩擦及碰撞等非线性因素的对接机构动力学模型，进行对接过程的全程动力学仿真模拟，详细分析了对接过程的影响因素与作用机理，并从能量角度分析了缓冲器的工作性

2、能，可为爪型对接机构的设计、对接初始条件确定和控制策略的制定提供参考。关键词航天器；爪型对接机构；对接过程中图分类号：V42文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．06．006ResearchonDockingProcessDynamiesofSpacecraftClaw—typeDockingMechanismDENGRunranMAWeiJIANGShuiqing(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abs

3、tract：Thespacecraftdockingmechanismisthehard—coreforthecompletionofon—orbitren—dezvousanddockingmission．Toassurethedockingtaskaccomplishment，thedynamicalmecha—nismofthedockingprocessmustbeclear．Thepaperintroducesanewclaw—typedockingmecha—nismusedforthedockingtaskofthesmallspa

4、cecraft．Toresearchthedockingprocessofthenewclaw—typedockingmechanism，thepaperestablishesadynamicalmodelwhichconsidersthenonlinearfactorsinvolvingthecontact。frictionandimpact．Basedontherealizationofthesimu—lationforthedockingprocess，thepaperanalyzesthemaineffectivefactorsandth

5、edynamicalmechanismofthedockingprocessandanalyzestheperformanceofthebuffers，whichprovidesreferenceforthedesignofthenewclaw—typedockingmechanismandthedeterminationofinitialconditionsandcontr01tactics．Keywords：spacecraft；claw—typedockingmechanism；dockingprocess1引言空间对接机构是对接任务的重要

6、部分‘1。，随着小型探测器、卫星等无人航天器的对接需求日益增加，小型对接机构日益受到关注，爪型对接机构属于小型航天器无人自主对接机构，具有机构简单、设计紧凑、自适应能力强、小型化、轻量化等优点，是我国未来无人空间任务对接机构的重要发展方向。国内对小型航天器对接机构的研究相比国外较晚，曲广吉，于伟、杨芳等主要研究了异体周边式与中心式对接机构[2。]，研究成果并不适用于爪型对接收稿日期：2014—03—03；修回日期：2014一11一03基金项目：国家重点基础研究发展计划(973项目)(2013CB733100)作者简介：邓润然，男，硕士研究生，研究

7、方向为多体动力学。Email：deng～run—ran@126．com。第6期邓润然等：航天器爪型对接机构对接过程动力学仿真分析机构，对爪型对接机构的动力学作用机理及对接表现并未涉及。类似爪型对接机构应用于美国的“轨道快车”(OrbitalExpress)计划邛。11：，但是公开发表的文章中也未见其动力学仿真分析的相关文章。由于爪型对接机构构型与杆锥式、周边式对接机构完全不同，对接过程也必然有差异，必须研究其对接过程位姿表现及力学机理、确定影响因素。同时，受到地面模拟空间环境试验方法的限制，难以充分有效地开展对接机构的地面试验研究。因此，仿真模拟

8、成为对接机构对接过程动力学研究的主要手段。为了掌握新型爪型对接机构对接过程位姿表现及力学机理、确定影响因素，本文利用Adams建立了考虑