雙層環(huán)形桁架可展天線機構運動特性與動力學分析
發(fā)布時間：2021-02-08 20:18
為改善單層環(huán)形桁架式可展天線在大口徑時剛度較低的問題,設計一種雙層環(huán)形桁架可展機構,作為大口徑星載天線的支撐與展開機構。對雙層環(huán)形桁架可展天線進行結構分解,繪制閉環(huán)可展機構單元的旋量約束拓撲圖,分析機構自由度,得出雙層環(huán)形桁架可展機構只有一個自由度;基于螺旋理論分析各個構件的旋量速度,通過矢量運算得到各個構件的角速度和質(zhì)心線速度,并得到速度雅可比矩陣;利用旋量導數(shù)分析機構中各個構件的旋量加速度,計算得到各個構件的角加速度和質(zhì)心線加速度;基于牛頓-歐拉方程和虛功原理,建立整體雙層環(huán)形桁架可展機構的動力學方程,進行數(shù)值計算與仿真驗證。研究結果表明:計算和仿真結果驗證了理論分析的正確性;所提雙層環(huán)形桁架可展天線機構整體結構簡單,僅需一個驅(qū)動便可順利展開;基于螺旋理論的運動學和動力學分析方法具有明確的物理意義,且分析過程較為程式化,易于編程。
【文章來源】：兵工學報. 2020,41(04)北大核心
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
6 驅(qū)動力矩
雙層環(huán)形桁架可展天線機構如圖1所示，其整體為由連桿鉸接而成的中心對稱桁架機構，主要包括內(nèi)層環(huán)形桁架、外層環(huán)形桁架和多個內(nèi)外層桁架連接單元，其內(nèi)層環(huán)形桁架和外層環(huán)形桁架均呈環(huán)狀，且各有上下兩個環(huán)狀桁架機構，內(nèi)外層桁架連接單元為剪叉機構單元，整體機構通過位于節(jié)點處的花盤連接件連接。圖1(a)和圖1(b)分別為雙層環(huán)形桁架可展天線機構的完全收攏狀態(tài)和完全展開狀態(tài)，是其收藏運輸和在軌工作時的位形狀態(tài)。在整個機構的展開或收攏運動過程中其將處于半展開狀態(tài)(見圖2(a))，也是它的一般位形狀態(tài)。半展開的內(nèi)層環(huán)形桁架機構和外層環(huán)形桁架機構的結構相同，均由平面3R機構(R代表轉(zhuǎn)動副)通過花盤連接件連接組成，內(nèi)外層環(huán)形桁架通過中間的剪叉機構單元連接，整體機構中所含運動副均為轉(zhuǎn)動副。對雙層環(huán)形桁架可展機構進行結構分解，可以將其分解為一個閉環(huán)可展機構單元、多個非閉環(huán)可展機構單元以及兩個平面3R機構，如圖2(b)所示。
圖1(a)和圖1(b)分別為雙層環(huán)形桁架可展天線機構的完全收攏狀態(tài)和完全展開狀態(tài)，是其收藏運輸和在軌工作時的位形狀態(tài)。在整個機構的展開或收攏運動過程中其將處于半展開狀態(tài)(見圖2(a))，也是它的一般位形狀態(tài)。半展開的內(nèi)層環(huán)形桁架機構和外層環(huán)形桁架機構的結構相同，均由平面3R機構(R代表轉(zhuǎn)動副)通過花盤連接件連接組成，內(nèi)外層環(huán)形桁架通過中間的剪叉機構單元連接，整體機構中所含運動副均為轉(zhuǎn)動副。對雙層環(huán)形桁架可展機構進行結構分解，可以將其分解為一個閉環(huán)可展機構單元、多個非閉環(huán)可展機構單元以及兩個平面3R機構，如圖2(b)所示。2 雙層環(huán)形桁架可展機構自由度分析
【參考文獻】：
期刊論文
[1]大口徑索肋張拉式折展天線索網(wǎng)結構動力學特性分析[J]. 劉瑞偉,郭宏偉,劉榮強,唐德威,王洪祥,鄧宗全. 機械工程學報. 2019(12)
[2]剪叉式過約束雙環(huán)桁架可展天線機構的構型設計與自由度分析[J]. 韓博,韓媛媛,許允斗,姚建濤,趙永生. 機器人. 2019(03)
[3]空間對稱型7R機構運動特性分析及組合應用[J]. 韓博,許允斗,姚建濤,鄭東,張碩,趙永生. 航空學報. 2019(04)
[4]重力對大型環(huán)形可展天線展開動力學的影響研究[J]. 彭云,楊軍剛,肖勇,趙治華,周明,任革學. 工程力學. 2018(04)
[5]空間構架式可展天線研究進展與展望[J]. 胡飛,宋燕平,鄭士昆,黃志榮,朱佳龍. 宇航學報. 2018(02)
[6]輪腿混合機器人機械腿動力學建模與驅(qū)動預估[J]. 曲夢可,王洪波,榮譽. 兵工學報. 2017(08)
[7]機構自由度和構件自由度的關系及本質(zhì)區(qū)別[J]. 牟德君,張一同,張興. 機械工程學報. 2018(05)
[8]剪叉聯(lián)動式雙層環(huán)形桁架可展開天線機構設計與分析[J]. 韓博,許允斗,姚建濤,劉文蘭,李相斌,韓家旭,趙永生. 載人航天. 2017(03)
[9]構架式可展天線機構自由度分析——拆桿等效法[J]. 許允斗,劉文蘭,陳亮亮,姚建濤,趙永生,朱佳龍. 航空學報. 2017(09)
[10]雙層環(huán)形可展開天線機構設計與力學分析[J]. 史創(chuàng),郭宏偉,劉榮強,鄧宗全. 哈爾濱工業(yè)大學學報. 2017(01)
本文編號：3024477
【文章來源】：兵工學報. 2020,41(04)北大核心
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
6 驅(qū)動力矩
雙層環(huán)形桁架可展天線機構如圖1所示，其整體為由連桿鉸接而成的中心對稱桁架機構，主要包括內(nèi)層環(huán)形桁架、外層環(huán)形桁架和多個內(nèi)外層桁架連接單元，其內(nèi)層環(huán)形桁架和外層環(huán)形桁架均呈環(huán)狀，且各有上下兩個環(huán)狀桁架機構，內(nèi)外層桁架連接單元為剪叉機構單元，整體機構通過位于節(jié)點處的花盤連接件連接。圖1(a)和圖1(b)分別為雙層環(huán)形桁架可展天線機構的完全收攏狀態(tài)和完全展開狀態(tài)，是其收藏運輸和在軌工作時的位形狀態(tài)。在整個機構的展開或收攏運動過程中其將處于半展開狀態(tài)(見圖2(a))，也是它的一般位形狀態(tài)。半展開的內(nèi)層環(huán)形桁架機構和外層環(huán)形桁架機構的結構相同，均由平面3R機構(R代表轉(zhuǎn)動副)通過花盤連接件連接組成，內(nèi)外層環(huán)形桁架通過中間的剪叉機構單元連接，整體機構中所含運動副均為轉(zhuǎn)動副。對雙層環(huán)形桁架可展機構進行結構分解，可以將其分解為一個閉環(huán)可展機構單元、多個非閉環(huán)可展機構單元以及兩個平面3R機構，如圖2(b)所示。
圖1(a)和圖1(b)分別為雙層環(huán)形桁架可展天線機構的完全收攏狀態(tài)和完全展開狀態(tài)，是其收藏運輸和在軌工作時的位形狀態(tài)。在整個機構的展開或收攏運動過程中其將處于半展開狀態(tài)(見圖2(a))，也是它的一般位形狀態(tài)。半展開的內(nèi)層環(huán)形桁架機構和外層環(huán)形桁架機構的結構相同，均由平面3R機構(R代表轉(zhuǎn)動副)通過花盤連接件連接組成，內(nèi)外層環(huán)形桁架通過中間的剪叉機構單元連接，整體機構中所含運動副均為轉(zhuǎn)動副。對雙層環(huán)形桁架可展機構進行結構分解，可以將其分解為一個閉環(huán)可展機構單元、多個非閉環(huán)可展機構單元以及兩個平面3R機構，如圖2(b)所示。2 雙層環(huán)形桁架可展機構自由度分析
【參考文獻】：
期刊論文
[1]大口徑索肋張拉式折展天線索網(wǎng)結構動力學特性分析[J]. 劉瑞偉,郭宏偉,劉榮強,唐德威,王洪祥,鄧宗全. 機械工程學報. 2019(12)
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[5]空間構架式可展天線研究進展與展望[J]. 胡飛,宋燕平,鄭士昆,黃志榮,朱佳龍. 宇航學報. 2018(02)
[6]輪腿混合機器人機械腿動力學建模與驅(qū)動預估[J]. 曲夢可,王洪波,榮譽. 兵工學報. 2017(08)
[7]機構自由度和構件自由度的關系及本質(zhì)區(qū)別[J]. 牟德君,張一同,張興. 機械工程學報. 2018(05)
[8]剪叉聯(lián)動式雙層環(huán)形桁架可展開天線機構設計與分析[J]. 韓博,許允斗,姚建濤,劉文蘭,李相斌,韓家旭,趙永生. 載人航天. 2017(03)
[9]構架式可展天線機構自由度分析——拆桿等效法[J]. 許允斗,劉文蘭,陳亮亮,姚建濤,趙永生,朱佳龍. 航空學報. 2017(09)
[10]雙層環(huán)形可展開天線機構設計與力學分析[J]. 史創(chuàng),郭宏偉,劉榮強,鄧宗全. 哈爾濱工業(yè)大學學報. 2017(01)
本文編號：3024477
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