胡其彪[1]2001年在《空间可伸展结构的设计与动力学分析研究》文中认为空间可伸展结构是近四十年迅速发展起来的新结构，无论在空间站还是在通讯卫星上都得到了广泛的应用。新的空间技术要求无线大口径化、轻量化、高精度、高收纳率和高展开可靠度等，本文对其在构筑思想、设计实践、展开运动力学及可伸展结构特有的结构力学问题几方面展开系统的研究。 本文对可伸展结构进行了分类，并以分类为基础，提出了概念设计的四个层面思想，在不同的层面上，设计者可以根据需要提出新的结构或者是选择合理模型。对于第一层面-构件和连接，列举了几种设计中常碰到的问题，本文综合诸多文献提出了解决办法。对于第二层面-单元，本文认为新提出的诸多结构都是从这个层面产生的。第叁层面是第二层面的深化，它的实质是将单元层面的单元构件刚片化，采用超单元思想增大了单元库的范围从而提高了新结构产生的可能性。第四层面研究整体的组织形式。 本文提出并设计了四种可伸展结构方案，其中第一个以叁棱柱为单元组建伸展臂，其结构刚性较高。它主要解决的问题是初始驱动力的问题，研究中发现采用中间节点设置扭簧能够显着地降低初始启动力矩，结构的动力特性体现为扭转变形。第二个模型首次采用的叁杆铰是一种新结构尝试，它具有良好的叁向刚度，与剪式铰相比，它的变形大一些，但质量较轻，动力特性较好。第叁个模型主要解决的问题是曲面构筑，本文发展的单元等投影尺寸膨胀法可以简练的解决这个问题，它遗留的主要困难在于解决超单元间的协调。本文还给出了这种抛物面结构的最佳吻合抛物面的计算步骤。最佳吻合抛物面的计算表明结构自重对于型面的影响是不可忽略的，同时得出是否把对角杆视为杆件并不显着影响结论。第四个模型是四面体单元组合结构，其主要解决的问题是整体折迭准则，它采用腹杆等长，上下弦杆对折的办法，并以此为根据设计整个模型。 空间可伸展结构运动力学分析对于掌握可伸展结构对星体运动的影响是至关重要的，本文采用达朗贝尔-拉格朗日原理推导Kane方程能有效的解释无功力和去除理想约束反力的影响。本文共有六种方法参与比较，依次是Newton-Euler方程、D'Alembert原理，Lagrange方程，Hamilton正则方程，Gibbs方程和Kane方程。比较结果是就复杂结构来说，采用Kane方程是较优的选择。采用Kane方法时，虽然能够灵活选取广义速率是一个优点，但是对于计算机应用来讲，程序员希望广义速率的选取能够规范化，如果需要灵活选取显然不利于编程，本文讨论了如何利用优点，避免缺点。 在选定Kane方法后，本文系统建立Kane方程的Huston形式，采用低序体阵列能够有效的描写树形多体系统。偏角速度阵列是形成动力学方程的基础，而转换阵则是简化矢量运算和求导运算的有效工具。通过一系列推导可以看出，Kane方程Huston形式具有与一般振动方程相同的形式，故而关于一般振动力学方程的理论可以应用到多体系统上。Kane方程的Huston形式还可以求解少量的闭环系统，求解前，需要将系统等效成带闭环约束的开环系统。采用类似于有限元分析中的后处理法可以实现多体分析中的计算机自动处理。处理约束有两种有效方法，分别对应于需要求出约束反力和不用求出约束反力。采用第一种约束处理方法时，当系统约束有增加时，只需修改B矩阵项即可。对于铰接点和柱铰点等姿态约束节点，Huston形式具有不必另外列写约束方程的优点，全部自动满足。胡其彪：空间可伸展结构的设计及动力学分析研究 浙江大学博士学位论文2001年4月 但是采用Huston形式描述可伸展结构存在诸多的困难，对于比较简单的开环伸展结构采用Huston形式是比较好的选择。本文首次提出Kane方程的FCC形式，它利用刚体上的两个固定节点和一个附着的单位矢量来描述刚体，整个系统则通过这些节点和单位矢量完整描述。采用FCC方法描述多闭环系统最大的优势在于不必将系统等效，这对于多闭环系统有重大意义。采用FCC的第二个优点是求解方程的解答就是设计中要使用的关键数据，不象Huston形式点求解结果还需进一步转化才能被工程师们使用，缺乏直观性。 弹簧连接对于计算的影响是不可忽略的。对于弹簧的连接可以采用简化计算方法。采用子结构凝聚自由度法，可以方便的对结构进行分块，从而实现对于特殊节点的处理，本文的方法如果进行推广，可以类推柔性连接的各个自由度或几个自由度组合的于结构矩阵。采用于结构法推导的矩阵可以很方便的模拟节点从铰接到刚接的连续变化，这对于钢结构中的柔性连接模拟有借鉴作用。 对于整体可伸展结构，本文提出的采用裙边和加劲肋的方法可以达到增强刚度的目的。为了提高结构的可折迭性，在裙边处开设缺口。本文详细的分析了有无裙边、壳厚、肋数、肋宽、裙边宽、缺口数对结构的变形和自振特性的影响，并对系统的可折迭性进行了几何非线性分析。得出的结论是：有无裙边对改善结构动力特性效果最显着；对于sin口径的抛物面天线，采用 3tTun厚度，2根加劲肋，肋宽为 200mrn，裙边宽为 1
楚德胜[2]2015年在《基于可展机理的山核桃收集装置的研究》文中研究指明目前山核桃收获还主要使用最原始的收集方式，即人工弯腰徒手去捡，这种收集方式耗时费力，不但收获效率低，而且劳动强度大，所以研究一种山核桃收集装置以实现山核桃的机械化收集，提高收获效率，具有十分重要的意义。本文结合实际的应用需求，对空间可伸展机构的运动机理进行了分析和研究，选定在剪式铰单元结构的运动机理上进行改进设计和优化，提出一种便携式的山核桃收集装置。具体完成的工作内容如下：1)查阅国内外文献，对国内外现有的可伸展结构进行了分类和特点总结，并对比分析了它们的优缺点，最终选择对剪式铰单元结构进行改进设计，提出一种基于可伸展结构的山核桃收集装置。2)根据收集装置的功能要求，分别对剪式铰单元进行了圆弧形和抛物线形赋形设计，依据对这两种设计方法对比分析的结果，选择了圆弧形赋形设计作为设计收集装置主体伸展结构的方法，同时根据圆弧形赋形设计的原理，利用MATLAB软件开发了主体伸展结构的参数化设计及仿真软件，并利用软件分析了杆长与结构展开跨度之间的关系。3)根据主体伸展结构的特点，对收集装置的整体结构进行了设计，并通过Solidworks软件完成了装置各零部件的建模和整体装配，同时利用ADAMS仿真软件对收集装置进行运动仿真,验证了理论分析的正确性及运动的可行性。4)利用有限元法建立了主体伸展结构展开状态下的有限元模型，对结构进行了模态分析，并通过模态分析掌握了杆件外径和壁厚的变化对结构固有频率的影响，同时定量的计算出山核桃下落时对主体伸展结构的碰撞力，并利用ANSYS软件对其进行了静力学分析，根据分析的结果，通过ANSYS软件对主体伸展结构中杆件的外径和壁厚进行优化设计,在结构展开跨度为3.5m时，得到了杆件的最佳尺寸参数为：外径D=22mm,壁厚H=0.5mm。5)为了寻求使主体伸展结构能够稳定展开的运动和动力参数，采用动静法对主体伸展结构在收展运动中的动约束力进行了求解，利用拉格朗日法建立系统动力学方程，并利用MATLAB软件编写动力学方程的求解程序完成了求解，同时通过ADAMS软件验证了上述分析方法的正确性。分析结果表明，对滑块施加F=24N的驱动力，使滑块的速度在0-0.022m/s的范围内稳步变化，主体伸展结构的收展是最平稳的。6)完成了收集装置试验台的试制，并通过收展试验，验证了圆弧形赋形设计方法的正确性和运动的可行性。
谢铁华[3]2004年在《空间索杆式展开结构的动力学分析及组合式膜结构的整体分析研究》文中提出本文首先综述了各国航空航天器的发展趋势以及航天器动力学研究的发展过程，介绍了国内外可展结构的应用范围及可展结构的国内外研究现状，阐述了进行可展结构研究的意义。 概述了伸展臂的一般概念设计，总结了伸展臂的一般设计原则和设计要求，列出了与伸展臂结构设计相关的主要技术指标，介绍了伸展臂结构分析工作的项目和内容以及需要完成的试验项目和内容，并简述了试验的目的和意义。 总结了四边形单元的索杆式伸展臂结构设计的基本原理和方法，列出了其主要性能指标，详细叙述了空间索杆式伸展臂结构设计的内容，包括材料选择、杆件及节点设计、锁定点的设计等，并加工制作出来了伸展臂的实物模型。 介绍了零重力卸载问题的来源，分析了伸展臂在地面进行卸载的必要性，同时介绍了零重力卸载装置设计中应考虑的因素以及零重力卸载装置的卸载原理，详细介绍了针对所制作出的伸展臂模型设计的一套零重力卸载装置设备。 伸展臂的固有特性对伸展臂结构的优化设计是非常关键的。本文对伸展臂的固有特性进行了详细的分析，包括伸展臂的静力分析、模态分析、频率响应分析。在伸展臂的模态分析中，分别分析比较了伸展臂各部件的变化情况对伸展臂结构性能的影响，根据分析的结果对结构设计加以改进。 展开过程分析是大型可展航天结构研究的重要内容，本文分别运用了Newton-Euler方法和Lagrange方法建立了伸展臂的多刚体动力学模型，并运用ADMAS软件对伸展臂的模型进行了数值仿真分析，这些数值分析结果对伸展臂的指标确定和设计有重要的指导意义。 膜结构是一种新型空间结构形式，本文采用非线性有限元方法进行膜结构的找形分析，将找形后的的膜面与钢结构组成整体，对膜结构在各种不同工况作用下的反应进行了计算分析，并与传统的屋面板结构模型的计算结果进行了比较。
孙健[4]2011年在《套筒式空间可展开结构的设计与动力学仿真分析》文中进行了进一步梳理空间可展开结构在空间探测事业发展中得到了广泛的应用,其研究也成为一个热点问题。本文综述了国内外空间可展开结构的应用现状,阐述了子午工程电场伸杆和电子伸杆的研究意义。针对套筒式空间可展开结构进行了系统设计和运动学分析,并进行了伸展过程中碰撞接触应力的动力学仿真分析。为箭载空间可展开结构的深入研究提供了有价值的参考。文章首先对空间可展开结构进行了介绍,利用UG软件对子午工程电场伸杆及电子伸杆进行叁维建模,接着论述了MSC.ADAMS软件所涉及的多体系统动力学理论基础和虚拟样机技术,并进行了展开过程的运动学仿真分析,结果表明伸杆能够顺利展开,但展开过程中,碰撞前相对速度较大需要校核。为此,建立了伸杆的有限元模型,并进行动力学仿真分析。通过四种壁厚尺寸的结果比较,表明随着伸杆壁厚的增加,并不能有效降低伸杆碰撞过程中造成的应力。本论文在综合前人的空间可展开结构研究和动力学仿真技术研究工作的基础上,主要创新点在于:1.综合应用了CAD叁维设计软件、多体动力学仿真分析软件和有限元分析软件,来协同仿真。在空间可展开结构设计研制中,尝试实践了机构设计和结构设计统一协调进行的方法。提供了一种研究空间可展开结构的计算机辅助工程问题的方法;2.在套筒式空间可展开结构的展开动力学仿真中,用非线性瞬态动力学的显式有限元计算代替了刚体动力学接触力函数来分析和校核碰撞过程产生的应力。在展开中的碰撞过程仿真方面做了有意义的尝试和探索。
刘元[5]2010年在《SPORT卫星子星结构布局及动力学仿真分析》文中指出在空间结构的研制过程中,结构固有特性分析和结构优化设计是非常重要的两项研究工作。固有特性的分析能检验结构的固有频率是否满足结构设计的要求。现代结构设计采用CAE技术,通过静态动态分析,使得整体结构的强度刚度、模态频率得到控制,大大地减少了样品的制作和实验时间。首先,本文以SPORT太阳极轨卫星为应用背景,针对不同需求的需要,给出两种SPORT卫星子星结构设计方案,确定结构组成、材料选取和结构类型,给出结构构件的布局、形状和尺寸。分别针对给出的两种不同SPORT卫星子星结构设计方案,运用CAD软件Unigraphics(UG)对SPORT卫星子星以及母星伸展臂进行总体构型设计。采用现代CAE技术,通过MSC.Patran软件建立不同结构布局的子星有限元分析模型;建立以一阶固有频率最大,质量最小为目标的母星伸展臂有限元分析模型。随后,利用MSC.Nastran软件在虚拟的原型样机上进行子星收拢和展开状态下的动力学仿真分析;对母星伸展臂进行动力学仿真。引入结构优化设计理论,从截面尺寸优化、结构形状优化等优化方式入手,遵循最大程度满足设计要求、保持最简单的设计方案、充分考虑设计的工艺条件、注意设计的经济性等多项原则,分别对收拢状态的子星模型、展开状态的子星模型以及母星伸展臂的结构模型进行结构优化设计,提出优化后的设计方案。最后,对优化后的收拢和展开状态的子星模型进行动力学仿真,得到模型结构的固有频率。对比优化前的数据,验证优化后的子星总体结构设计的强度刚度是否满足设计要求,是否比优化前有所提高;对优化后的母星伸展臂进行动力学仿真,对比优化前模型仿真结果,验证优化后的模型是否一阶固有频率最大、质量最小,是否满足SPORT卫星姿态控制对伸展臂展开状态基频的初步要求;对优化后的子星模型(收拢与展开状态)连接优化后母星伸展臂的整体模型进行动力学仿真分析,验证模态仿真得到的频率是否满足SPORT卫星姿态控制对伸展臂展开状态基频的初步要求,是否可控;分析仿真的结果可为卫星姿态控制提供相关数据,为空间可展结构的总体方案设计优化提供科学依据和技术支持,使设计的方案逐步接近工程应用,运用于实际。本文主要包括了以下几部分内容:1.对国内外空间飞行器、空间可展结构做了调研,对现代CAD/CAE技术的发展、应用做了调研;介绍了本论文的研究目的、意义以及创新点;2.对本文研究所选用的CAD/CAE软件作了详细介绍;引入有限元法作为分析的理论依据,介绍了有限元法分析步骤及有限元方程基本原理;引入结构优化设计理论并介绍了基本概念;引入模态分析的概念,介绍了模态分析的目的及模态分析方程建立。3.分别对SPORT卫星子星模型方案一和二做了详细模型方案设计,其中包括子星结构设计与结构优化;伸展臂结构设计与结构优化;对子星展开收拢状态、伸展臂展开状态、子星展开和收拢状态分别连接伸展臂的整体结构进行动力学仿真分析;对比得到的数据,验证是否达到了结构优化的目的、是否满足了任务设计的需求。4.总结本文研究所得到的结论,验证结论是否满足要求,并对今后的继续研究进行了展望。
石卫华[6]2003年在《索杆式展开结构的设计与分析及骨架式膜结构研究》文中研究说明随着科学技术的发展和人类对太空的探索不断深入，可展开结构越来越广泛的得到应用。伸展臂是最基本的可展结构，作为一种有效的支撑结构，可以作为大型可展开天线、太阳帆和望远镜的支撑背架、太空机械手以及空间平台等，已经得到了广泛的应用。本文对索杆式展开结构的结构设计和结构特性等分析理论进行了研究。 首先对国内外伸展臂的研究现状进行了总结，对展开结构常用节点进行了分析，并对以后的发展趋势进行了探讨。 总结了展开结构设计的基本原理和方法，阐述了主要技术指标，概括了设计步骤。提出了一个索杆式展开结构的设计方案，详细讨论了单元的展开机理。设计了节点和杆件，并加工制作了相应的结构模型。 展开结构具有与其他结构具有不同的特性，刚度是结构的主要要求，本文对索杆式伸展臂的频率进行了分析，并对不同参数对结构频率影响进行了分析，根据分析结果对结构设计加以改正。并对结构的频率响应进行了分析。根据连续力学原理推导了结构抗弯刚度、轴向刚度、抗剪刚度公式。 骨架式膜结构是目前应用最广泛的的膜结构，本文运用非线性有限元理论，将找形后的膜面覆盖在骨架结构上，膜面与钢结构组成整体，采用非线性有限元方法对骨架式膜结构在自重和自应力、风荷载、雪荷载等共同作用下的反应进行了分析，对膜结构和骨架结构分开计算和整体计算模型进行了比较。 最后对上述研究成果进行了总结，提出以后要解决的问题。
林上民[7]2012年在《空间伸展臂的结构设计与分析》文中研究表明空间伸展臂是卫星天线系统的重要组成部分，它是一种基本的一维展开结构。作为一种有效的支撑结构，空间伸展臂可以用于大型展开天线、太阳帆和望远镜的支撑骨架、太空机械手以及空间平台等。天线伸展臂能否及时、准确地展开到位直接影响到整个卫星发射任务的成功与否。此外，相对于卫星平台而言，天线伸展臂作为一个柔性部件，其结构参数对整个天线系统的动力学特性影响较大，进而影响到天线的其它动力学设计指标和卫星的姿态调整。本文结合国内外空间伸展臂发展和研究现状，以及本课题组大型可展开卫星天线支撑和固定的要求，综合分析各种类型伸展臂性能，选择了承载能力较大、成本较低、结构稳定性和可靠性较好的套筒式伸展臂方案。按照确定的套筒截面形式、展开方式、驱动方式、锁定方式等设计方案运用UG软件对伸展臂进行了具体的结构设计，同时针对地面试验要求设计出两种解锁方案。本文运用UG和ADAMS对设计的伸展臂模型进行了运动仿真，通过计算分析表明，结构设计是合理的，满足设计功能要求，验证了所设计结构的可行性；将伸展臂模型导入ANSYS Workbench分析软件对其进行了有限元静力学和动力学分析，并对锁定机构进行强度校核，分析的结果验证了结构设计的可靠性。为满足结构的轻质要求，对伸展臂套筒截面尺寸和套筒壁进行了质量优化，减轻了伸展臂重量，降低了生产和发射成本。本文的研究工作为后续的空间伸展臂的设计研究工作提供了参考依据。
戴璐[8]2014年在《双环可展开桁架式天线动力学分析与优化设计》文中指出随着航空技术和国防事业的发展,我国对大口径及超大口径天线的需求变得越来越迫切。然而,天线的口径不仅受到天线本身重量的约束,还受到火箭体积的限制。为了满足日益增长的需求,克服客观存在的限制与其之间的矛盾,大口径及超大口径天线就要求设计成轻质,并且在运输或未使用过程中保持小体积,而当在轨工作时便可展开成需要的形状。为了应对这样的现状,空间可展开结构作为天线周边支撑结构,越来越多地应用在天线上。本文对新型双环可展开桁架结构的方案设计和动力学分析、固有频率和模态分析、基于动力学约束的结构优化设计等问题进行了深入的研究。在大量阅读国内外文献的基础上,总结了大口径及超大口径可展开天线的研究现状,对叁种不同基本类型的可展开天线分别进行了介绍。说明了随着航天技术和国防事业的发展,对新型空间可展开桁架结构的需求和结构方案设计及展开分析的必要性。从以往的单环可展开桁架结构出发,简要介绍了已被广泛应用的单环可展开桁架结构的优点。接着阐明了随着通信科学、地球勘测等日益发展,由于传统的单环可展开桁架结构的刚度低,已经不再满足大口径及超大口径天线的需要,从而揭示了设计新型可展开桁架结构方案的迫切需要。介绍了双环可展开桁架结构的几何拓扑关系及可展开的必要条件。基于天线的正常工作性能,从动力学特性的角度出发,推导并确定了该可展开桁架结构的最优高度和最佳划分边数。最后,分别介绍了双环可展开桁架结构内、外环的展开单元和内、外环之间的连系桁架的展开机理。基于双环可展开桁架结构的动力学特性,基于Moore-Penrose广义逆方法,运用多体系统动力学理论来分析其展开的运动过程。在已有单环可展开桁架结构的基础上,添加了双环可展开桁架结构特有的约束方程：内、外环之间连系杆约束和扭簧连杆的约束。根据以上理论,采用C++Visual Studio2008自编计算仿真程序。为了验证该程序的可靠性,引入单摆模型和可展开桥梁模型,通过和理论计算值、ADAMS计算值的对比,可知两者在仿真结果上可以基本符合,并且自编仿真程序在建模过程和计算过程中能大大节约时间,提高效率。最后,通过数值仿真,获得该双环可展开桁架结构展开过程中的各个状态和各节点动力学参数,为之后的结构优化设计提供了依据。基于Matlab对双环可展开桁架结构进行参数化建模,使得在计算不同口径、划分边数以及桁架高度的结构时建模更便捷。编制有限元动力学计算程序,以双环可展开桁架结构的初始尺寸为基准,计算该结构完全展开状态时的各阶模态以及在各个展开过程中的基频,从而分析该结构的动力学特性。通过和ANSYS计算结果对比,验证该程序的正确性。最后,实验室设计并制作了2m口径的双环可展开桁架结构的缩比模型,利用自编有限元程序计算了该模型的动力学特性并对其展开了测试试验。将计算结果和测试结果对比,可知上述自编程序所进行的有限元计算是比较符合实际的。对少变量优化模型采用序列二次规划法和遗传算法分别进行优化并对比,为了显示双环可展开桁架结构在动力学特性方面的优势,建立了基于频率约束的最小质量优化模型。通过优化计算,获得了单、双环可展开桁架结构满足基频的最优质量。从优化结果分析可见,双环可展开桁架结构在保证刚度及减轻重量方面有明显的优势,并且随着口径的增大该优势更为明显。双环可展开桁架结构的动力学特性不仅表现在完全展开状态时,它在初始收拢和各个展开过程中的动力学特性也至关重要。因此,可通过优化计算,获得了双环可展开桁架结构的最优截面和最小质量,并且计算了在该最优解的情况下,双环可展开桁架结构在初始收拢状态、展开过程中及完全展开状态时都满足动力学要求。基于金属反射面的型面精度理论,对预应力索网反射面给出了型面精度计算公式。建立以最小质量为目标函数,双环可展开周边桁架的动力学特性、天线整体的动力学特性和型面精度、以及预应力拉索的最大应力为约束条件的优化模型。通过选择不同数量的设计变量获得了不同的最小质量最优解,结合实际模型加工、制作的情况,选择了适合该双环可展开桁架天线结构的最优设计变量数目,获得了双环可展开周边桁架式天线结构的最优解,因此,为天线结构的设计奠定了基础。根据本文研究的最优计算方法,实验室研制了双环可展开天线的缩比模型,并对各类节点进行了机械设计。为了测试该缩比模型的可展开性和动力学特性,使得天线测试和试验结果更具有参考性,需要研制模拟太空失重环境的设备,对天线进行重力补偿,将重力的影响降到最低。本实验室与西安39所合作设计了一套无重力的试验吊架系统,为后续的试验做准备。
纪斌[9]2011年在《剪式可展桁架展开过程动力学分析》文中认为可展桁架是航天、机械、建筑等领域广泛应用的结构形式，其动力学特性是结构设计阶段必须考虑的重要因素。例如空间伸展臂、空间可展天线、太阳帆板等都用到了可展桁架结构。随着可展桁架结构在航天领域的快速发展和应用，可展结构的研究引起了国内外学者的广泛关注，对可展结构进行了越来越深入的研究。对可展桁架展开过程进行运动学分析，可以了解可展桁架能否正常按照设计的路径顺利的展开以及展开过程中各节点位置、速度和加速度之间的关系。对可展桁架展开过程进行动力学学分析，可以得到在外界驱动下可展桁架展开过程中节点的位置、速度、加速度以及约束反力。上述两个方面的分析可以为可展桁架结构的设计和优化提供重要依据。本文首先介绍了多体动力学的基础理论，使用拉格朗日方法建立可展桁架系统的动力学方程时，可以采用非独立的笛卡尔坐标作为描述结构位形的未知量，避免了人为选择独立坐标的繁琐，并且拉格朗日方程的推导过程也十分程式化，利于计算机辅助分析。然后，以杆件两端节点的笛卡尔坐标作为广义坐标，给出杆系能量函数和杆单元的质量矩阵，分析了可展桁架的基本约束条件。在对可展桁架进行分析时，可以从基本约束条件中选择相应的约束，组集成整个桁架系统的约束方程。最后，根据拉格朗日方法，得到约束方程的雅可比矩阵和加速度右项，建立系统带拉格朗日乘子的动力学方程，并与加速度约束方程组成可展桁架系统的动力学模型。利用计算机数值积分，完成对剪式铰桁架展开过程的动力学分析。
杨钊[10]2018年在《循环驱动式空间套筒伸展臂的研究》文中研究说明伸展肋天线一种特殊结构形式的伞天线,其支撑肋既可以相互收拢,自身又能折迭伸展,因此伸展肋天线具有更高的收纳比,是当前极大型和超大型空间天线的一个研究热点。本文提出一种应用于伸展肋天线支撑肋的伸展臂,该伸展臂具有循环往复驱动的特点,具有较高的驱动效率。本文通过对伸展臂的结构设计、运动学规划和仿真、动力学分析和设计以及结构特性的分析和仿真,重点解决包络设计和动力学设计问题,完成了伸展臂的设计和研究。主要完成以下研究内容:1)对当前国内外不同形式的空间伸展臂进行总结和分析,总结得出套筒式伸展臂适合应用于伸展肋天线的结论,并在当前套筒式伸展臂的研究基础上,设计一种循环往复驱动式套筒伸展臂;2)对新型伸展臂的工作模式进行分析,分别对驱动模块、伸展模块和锁紧机构进行结构设计和分析,对其具体的零部件结构形式进行设计,并基于设计基础完成5m工程样机的设计和3D打印模型;3)基于包络理论解决运动学规划和传动问题。通过假设传动比进行运动学规划,基于空间坐标变换求解运动轨迹方程,根据包络理论计算传动孔的包络母线,用MATLAB进行数值仿真和验证,并对传动销的数量进行分析,最后基于ADAMS软件对伸展臂进行运动学验证和分析;4)基于空间刚体动力学完成动力学设计,根据空间复合运动原理和刚体动力学建立刚体动力学微分方程,求解其动力学结果,完成驱动的设计;5)基于有限元法对伸展臂进行结构特性分析,主要包括静力学和动力学分析。静力学仿真是对单个套筒和完全伸展时的应变和应力分析,确保满足结构强度;结构动力学仿真是对伸展臂在收拢状态和完全伸展时的模态分析。本课题通过对伸展臂的研究表明,循环驱动式套筒伸展臂结构简明,原理清晰,能够满足伸展肋天线支撑肋的结构要求。
参考文献：
[1]. 空间可伸展结构的设计与动力学分析研究[D]. 胡其彪. 浙江大学. 2001
[2]. 基于可展机理的山核桃收集装置的研究[D]. 楚德胜. 浙江理工大学. 2015
[3]. 空间索杆式展开结构的动力学分析及组合式膜结构的整体分析研究[D]. 谢铁华. 浙江大学. 2004
[4]. 套筒式空间可展开结构的设计与动力学仿真分析[D]. 孙健. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2011
[5]. SPORT卫星子星结构布局及动力学仿真分析[D]. 刘元. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2010
[6]. 索杆式展开结构的设计与分析及骨架式膜结构研究[D]. 石卫华. 浙江大学. 2003
[7]. 空间伸展臂的结构设计与分析[D]. 林上民. 西安电子科技大学. 2012
[8]. 双环可展开桁架式天线动力学分析与优化设计[D]. 戴璐. 浙江大学. 2014
[9]. 剪式可展桁架展开过程动力学分析[D]. 纪斌. 南京航空航天大学. 2011
[10]. 循环驱动式空间套筒伸展臂的研究[D]. 杨钊. 中国航天科技集团公司第五研究院西安分院. 2018
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