爪型航天器对接机构容差性能分析.pdf

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1、第3l卷第12期计算机仿真2014年12月文章编号：1006—9348(2014)12—0079一05爪型航天器对接机构容差性能分析邓润然1，韩增尧2，马炜1，姜水清1(1．北京空间飞行器总体设计部，北京100094；2．中国空间技术研究院，北京100094)摘要：在航天器对接结构优化设计问题的研究中，航天器对接机构对在轨服务有重要作用，爪型航天器对接机构是新型对接机构。新型对接机构对对接任务的初始位姿偏差的容差性能需要进行研究，对接机构的性能将直接决定对接任务的成败。针对爪型对接机构的容差性能这一问题，利用三维造型软件Pro／E和机械系统动力学仿真分析软件Adams建立了爪型航

2、天器对接机构虚拟样机模型，通过改变单参数变量方法进行对接过程仿真，对仿真结果进行对比分析，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；对接机构；初始条件；姿态偏差中图分类号：V411．8文献标识码：BSimulationfortheClaw——TypeSpacecraftDockingMechanismDENGRun—ranl，HANZeng—ya02，MAWeil，JIANGShui—qin91(1BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China；2．Chin

3、aAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)ABSTRACT：Thespacecraftdockingmechanismisimportantfortheindependenton—orbitservice，andtheclaw—typedockingmechanismisnewdesign．Thetoleranceperformanceofthisnewtypedockingmechanismwiththeini-timposturedeviationsneedtobestudied．Aimingthetoleranceperfo

4、rmanceoftheclaw—typedockingmechanism，basedonthegeometricalmodelinPro／E，thepaperestablishedthesimulationmodelofanewtypedockingmecha—nism，andsimulatesthedockingprocessofspacecraftsbychangingasingleparametervariablesmethod．Whichgivesareferencetothedesignofclaw——typedockingmechanismandthedetermin

5、ationofinitialconditionsandcontroltac··tics．KEYWORDS：Spacecraft；Dockingmechanism；Initialconditions；Attitudedeviation1引言在轨服务技术对延长航天器寿命、拓展航天器功能和提高航天器性能有着巨大的推动作用。由于有人在轨服务的局限性，以及人工智能、空间机器人等相关技术的飞速发展，无人自主在轨服务技术已成为现阶段在轨服务技术研究的重点。其中，对接机构能多次实现在轨航天器间捕获、连接和分离，是完成在轨服务的重要机构。对接航天器之间的初始相对位姿、速度／角速度的偏差，会直接影响

6、对接过程。进行对接机构捕获过程的动力学仿真，了解其空间对接特性，对机构的设计以及高精度控制具基金项目：973课题项目(2013CB733100)收稿13期：2014—02—28修回13期：2014—03—26有重要的参考价值¨。3J。爪型对接机构是新型对接机构，其构型不同于杆锥式和周边式对接机构，所以在使用这种的对接机构进行对接任务时，其对于初始位姿偏差下对接过程所表现的对接特性也必然不同。不能将其它对接机构的对接特性作为其设计与应用的依据，为了研究新型爪型对接机构的容差性能，本文利用Adams建立新型爪型航天器对接机构虚拟样机，通过改变单一变量的方法对不同初始条件下的对接过程进

7、行仿真，分析机构对接特性和容差性能，为爪型机构设计、对接初始条件确定和控制系统指标的制定提供参考。2对接机构组成及工作原理2．1对接机构组成爪型对接机构由主动部分和被动部分组成，分别安装于主动飞行器和被动飞行器上，对接机构如图l所示。其中，．--——79—-———主动部分包括捕获手、驱动传动部件、缓冲系统、主体结构；被动部分为配合捕获定位的瓣壳体结构件。卵带鲫#图1爪型对接机构对接机构被动部分是三瓣壳体结构件，作为标准捕获接口。基本构型如图2所示。，，Y■—I●●●图2对接机构被