【摘要】：隨著探月工程進(jìn)入最后階段及未來航天發(fā)展的任務(wù)規(guī)劃,深空探測(cè)的采樣返回是我國航天技術(shù)攻關(guān)的重點(diǎn),采樣返回的傳統(tǒng)方法是將兩大型航天器進(jìn)行空間合作目標(biāo)交會(huì)對(duì)接,利用航天器交會(huì)對(duì)接形成的密封通道來轉(zhuǎn)移采樣容器。采樣容器重量輕、體積小,而合作目標(biāo)交會(huì)對(duì)接機(jī)構(gòu)通常質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制精度要求高且成本巨大,因此如何降低交會(huì)對(duì)接資源需求與機(jī)構(gòu)重量,簡化交會(huì)操作,優(yōu)化采樣容器轉(zhuǎn)移任務(wù)方案成為采樣返回技術(shù)研究的關(guān)鍵。針對(duì)合作目標(biāo)對(duì)接機(jī)構(gòu)中存在的不足,本文設(shè)計(jì)了一種新穎的采樣容器非合作目標(biāo)捕獲機(jī)構(gòu)并開展了相應(yīng)的研究工作,具體內(nèi)容如下:首先,設(shè)計(jì)了一套用于對(duì)采樣容器進(jìn)行在軌抓捕的地外天體采樣容器捕獲機(jī)構(gòu)。結(jié)合捕獲機(jī)構(gòu)對(duì)于捕獲包絡(luò)、結(jié)構(gòu)重量和性能的要求對(duì)各子機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì),建立了捕獲機(jī)構(gòu)的三維幾何模型,分析了捕獲機(jī)構(gòu)的工作原理和各部件的功能。其次,采用Lagrange方程對(duì)捕獲機(jī)構(gòu)剛?cè)狁詈夏Ｐ瓦M(jìn)行理論分析。確定變形后質(zhì)點(diǎn)在慣性坐標(biāo)系下的位矢,得到系統(tǒng)的動(dòng)能和勢(shì)能表達(dá)式,然后采用假設(shè)模態(tài)法對(duì)變形位移進(jìn)行離散,得到系統(tǒng)在廣義坐標(biāo)下的動(dòng)力學(xué)方程。然后,由于采樣容器捕獲機(jī)構(gòu)工作環(huán)境為地外太空,惡劣的空間輻射可能使捕獲機(jī)構(gòu)發(fā)生較大熱變形,因此對(duì)機(jī)構(gòu)易產(chǎn)生熱變形的柔性旋轉(zhuǎn)網(wǎng)進(jìn)行了熱仿真分析,為了確保捕獲機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度滿足設(shè)計(jì)要求,對(duì)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵件進(jìn)行強(qiáng)度校核。熱力學(xué)仿真和強(qiáng)度校核結(jié)果表明,機(jī)構(gòu)的熱變形較小,強(qiáng)度和剛度滿足設(shè)計(jì)要求。最后,在ADAMS中建立了捕獲機(jī)構(gòu)的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)仿真模型,不同工況下的動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果表明機(jī)構(gòu)能夠成功捕獲到目標(biāo)且捕獲過程的時(shí)間和碰撞力等參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求,充分驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V423
【圖文】：

感器的接觸信號(hào)，發(fā)出控制指令，啟動(dòng)正推發(fā)動(dòng)機(jī)，迅速完成航天器之間的對(duì)接過程。同時(shí)緩沖機(jī)構(gòu)在對(duì)接過程中工作，吸收兩航天器互相沖擊的產(chǎn)生的能量。（c）捕獲主被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)經(jīng)過多次碰撞后，導(dǎo)桿頭部滑入到被動(dòng)捕獲機(jī)構(gòu)的槽內(nèi)，控制系統(tǒng)收到頭部發(fā)出的捕獲信號(hào)從而關(guān)閉正推發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)導(dǎo)桿頭部的捕獲鎖鎖舌與被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)艙門底部接觸時(shí)，兩航天器對(duì)接成功。（d）校正捕獲完成一段時(shí)間后，主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)上的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，將導(dǎo)桿拉回，當(dāng)被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)被拉近時(shí)停止，主被動(dòng)機(jī)構(gòu)的姿態(tài)矯正由拉桿系統(tǒng)完成。（f）鎖緊當(dāng)主被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)的對(duì)接面貼近后給出信號(hào)，啟動(dòng)對(duì)接鎖鎖緊。鎖緊完成后，傳感器給出信號(hào)。（g）分離分離時(shí)，啟動(dòng)捕獲鎖電機(jī)，捕獲鎖所設(shè)回到初始位置，再啟動(dòng)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，將導(dǎo)桿從被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)艙門中退出，直到導(dǎo)桿回到初始位置。

且在對(duì)接完成時(shí)，中心對(duì)接機(jī)構(gòu)擋住轉(zhuǎn)移通道，必需由航中心對(duì)接機(jī)構(gòu)及缺點(diǎn)，周邊式對(duì)接的設(shè)計(jì)思想被提出來。思想的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要有：成后能形成自然通道供航天員和物品在兩航天器之間轉(zhuǎn)移在結(jié)構(gòu)外沿，對(duì)接完成后就能形成中心轉(zhuǎn)移通道，同時(shí)便構(gòu)型一致，接口一致的對(duì)接機(jī)構(gòu)，即主被動(dòng)機(jī)構(gòu)具有異體對(duì)接機(jī)構(gòu)可同時(shí)在追蹤航天器和目標(biāo)航天器上使用。式對(duì)接機(jī)構(gòu)如 APAS-75（Androgynous Peripheral Assembl天器之間的相互救援，前蘇聯(lián)科學(xué)院和美國航天局在 196兩國采用由前蘇聯(lián)工程師提出的環(huán)-瓣式設(shè)計(jì)方案，在對(duì)接飛船為追蹤航天器與阿波羅飛船對(duì)接，也能以阿波羅飛船作。在這種設(shè)計(jì)思想下，兩國經(jīng)過多年努力，研制了一種新型種導(dǎo)向板外翻的異體同構(gòu)式周邊對(duì)接機(jī)構(gòu)被稱為 APAS-7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2715740