懸浮在地球周圍的空間碎片是人造衛(wèi)星嚴(yán)重的潛在威脅,具有大尺度冗余抓捕特點(diǎn)的繩網(wǎng)捕獲形式具有重要的應(yīng)用需求,而采用火工裝置直接拋射展開(kāi)空間繩網(wǎng),存在對(duì)發(fā)射衛(wèi)星平臺(tái)沖擊大、繩網(wǎng)展開(kāi)后網(wǎng)體構(gòu)型維持時(shí)間短的問(wèn)題。為提升繩網(wǎng)的捕獲性能,對(duì)低沖擊的發(fā)射展開(kāi)和繩網(wǎng)展開(kāi)后長(zhǎng)時(shí)間的在空間保形的研究具有重要意義。本文通過(guò)建立拉格朗日動(dòng)力學(xué)解析模型研究基于中心轂輪旋轉(zhuǎn)和基于周置旋筒旋轉(zhuǎn)兩種繩網(wǎng)展開(kāi)方案。采用無(wú)控展開(kāi)和受控展開(kāi)兩種形式分析了不同方案下繩網(wǎng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定展開(kāi)的可能性。通過(guò)對(duì)比不同方案下的控制力矩幅值和工程實(shí)現(xiàn)難度確定最佳旋轉(zhuǎn)展開(kāi)方案。提出了一種數(shù)值模擬柔性繩網(wǎng)結(jié)構(gòu)在空氣阻力下運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)辦法,并通過(guò)地面實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。構(gòu)建了基于中心差分算法的有限元模型,對(duì)網(wǎng)臂旋轉(zhuǎn)展開(kāi)過(guò)程和繩網(wǎng)旋轉(zhuǎn)展開(kāi)過(guò)程進(jìn)行了仿真模擬,討論了有限元模型和解析模型間的差異性及其產(chǎn)生原因�；诰W(wǎng)體有限元仿真模型,分析了繩網(wǎng)與旋筒間的牽拉傳力形式、繩網(wǎng)系統(tǒng)特征參數(shù)、旋筒控制方案及對(duì)應(yīng)的力矩加載策略、延遲擾動(dòng)控制對(duì)繩網(wǎng)展開(kāi)過(guò)程中有效捕獲面積的影響;設(shè)計(jì)了周置旋筒旋轉(zhuǎn)展開(kāi)實(shí)驗(yàn),為繩網(wǎng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)展開(kāi)的摩擦影響研究提供參考。 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

輕型抓捕機(jī)械臂

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2較大；直接彈射展開(kāi)方式靠質(zhì)量塊初始動(dòng)能來(lái)維持網(wǎng)面構(gòu)型，彈射大型繩網(wǎng)時(shí)火工裝置產(chǎn)生的沖擊波將對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)的姿態(tài)造成大幅度擾動(dòng)；旋轉(zhuǎn)展開(kāi)依靠系統(tǒng)初始慣量保證網(wǎng)體的展開(kāi)，在低沖擊發(fā)射展開(kāi)和長(zhǎng)時(shí)間在空間保形方面有重要的應(yīng)用潛力。圖1-2輕型抓捕機(jī)械臂圖1-3對(duì)接抓捕概念圖圖1-4繩爪捕獲概念圖圖1-5柔性網(wǎng)捕獲概念圖綜上所述，本文針對(duì)幾種空間繩網(wǎng)旋轉(zhuǎn)展開(kāi)備選方案，建立了描述網(wǎng)臂旋轉(zhuǎn)展開(kāi)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)解析模型并比較了方案在工程上的易實(shí)現(xiàn)性；通過(guò)有限元手段對(duì)不同方案的繩網(wǎng)展開(kāi)過(guò)程進(jìn)行了仿真研究，并與解析模型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證；仿真分析了幾種繩網(wǎng)網(wǎng)型、旋筒控制方案及其力矩加載策略、受擾狀態(tài)對(duì)繩網(wǎng)展開(kāi)有效捕獲面積的影響，最終確定了能使網(wǎng)體維持較長(zhǎng)展開(kāi)時(shí)間且便于工程實(shí)現(xiàn)的繩網(wǎng)展開(kāi)方案。研究成果可為繩網(wǎng)建模仿真提供指導(dǎo)，為空間繩網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供參考。1.2空間繩網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)項(xiàng)目及試驗(yàn)的研究現(xiàn)狀2001年，日本東京大學(xué)在“Furoshiki”項(xiàng)目[15-17]中，首次提出了“空間飛網(wǎng)”這一概念，該系統(tǒng)由控制分布在四角的姿態(tài)角衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)中心網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的展開(kāi)，如圖1-6所示。2003年，日本東京工業(yè)大學(xué)在這種方案基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，提出了由三個(gè)可控衛(wèi)星及相互牽引的系繩共同作用實(shí)現(xiàn)中間折疊網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的展開(kāi)方案，如圖1-7所示[18]，結(jié)合仿真研究和實(shí)驗(yàn)校驗(yàn)分析了系繩在中間繩網(wǎng)展開(kāi)過(guò)程中的作用。2001年，ESA提出了用于抓捕地球同步軌道上的廢棄衛(wèi)星，并將其轉(zhuǎn)移到墳?zāi)管壍赖腞OGER（RoboticGeostationaryOrbitRestorer）計(jì)劃[19]。在該計(jì)劃中，飛

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2較大；直接彈射展開(kāi)方式靠質(zhì)量塊初始動(dòng)能來(lái)維持網(wǎng)面構(gòu)型，彈射大型繩網(wǎng)時(shí)火工裝置產(chǎn)生的沖擊波將對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)的姿態(tài)造成大幅度擾動(dòng)；旋轉(zhuǎn)展開(kāi)依靠系統(tǒng)初始慣量保證網(wǎng)體的展開(kāi)，在低沖擊發(fā)射展開(kāi)和長(zhǎng)時(shí)間在空間保形方面有重要的應(yīng)用潛力。圖1-2輕型抓捕機(jī)械臂圖1-3對(duì)接抓捕概念圖圖1-4繩爪捕獲概念圖圖1-5柔性網(wǎng)捕獲概念圖綜上所述，本文針對(duì)幾種空間繩網(wǎng)旋轉(zhuǎn)展開(kāi)備選方案，建立了描述網(wǎng)臂旋轉(zhuǎn)展開(kāi)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)解析模型并比較了方案在工程上的易實(shí)現(xiàn)性；通過(guò)有限元手段對(duì)不同方案的繩網(wǎng)展開(kāi)過(guò)程進(jìn)行了仿真研究，并與解析模型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證；仿真分析了幾種繩網(wǎng)網(wǎng)型、旋筒控制方案及其力矩加載策略、受擾狀態(tài)對(duì)繩網(wǎng)展開(kāi)有效捕獲面積的影響，最終確定了能使網(wǎng)體維持較長(zhǎng)展開(kāi)時(shí)間且便于工程實(shí)現(xiàn)的繩網(wǎng)展開(kāi)方案。研究成果可為繩網(wǎng)建模仿真提供指導(dǎo)，為空間繩網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供參考。1.2空間繩網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)項(xiàng)目及試驗(yàn)的研究現(xiàn)狀2001年，日本東京大學(xué)在“Furoshiki”項(xiàng)目[15-17]中，首次提出了“空間飛網(wǎng)”這一概念，該系統(tǒng)由控制分布在四角的姿態(tài)角衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)中心網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的展開(kāi)，如圖1-6所示。2003年，日本東京工業(yè)大學(xué)在這種方案基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，提出了由三個(gè)可控衛(wèi)星及相互牽引的系繩共同作用實(shí)現(xiàn)中間折疊網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的展開(kāi)方案，如圖1-7所示[18]，結(jié)合仿真研究和實(shí)驗(yàn)校驗(yàn)分析了系繩在中間繩網(wǎng)展開(kāi)過(guò)程中的作用。2001年，ESA提出了用于抓捕地球同步軌道上的廢棄衛(wèi)星，并將其轉(zhuǎn)移到墳?zāi)管壍赖腞OGER（RoboticGeostationaryOrbitRestorer）計(jì)劃[19]。在該計(jì)劃中，飛

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]空間非合作目標(biāo)物柔性捕獲技術(shù)進(jìn)展[J]. 郭吉豐,王班,譚春林,劉永健,孫國(guó)鵬.  宇航學(xué)報(bào). 2020(02)
[2]繩系并聯(lián)支撐機(jī)構(gòu)的繩遲滯效應(yīng)及影響實(shí)驗(yàn)研究[J]. 冀洋鋒,林麒,彭苗嬌,柳汀,吳惠松.  工程力學(xué). 2019(11)
[3]基于定力撕裂帶的繩網(wǎng)網(wǎng)型控制研究[J]. 陳青全,張青斌,唐乾剛,高慶玉.  宇航學(xué)報(bào). 2018(12)
[4]Cutting-Edge Space Exploration Technology Maturity Level Facilitation with Support of Space Debris Removal Missions[J]. Hamed Ahmadloo,Jingrui Zhang.  Journal of Beijing Institute of Technology. 2018(04)
[5]空間充氣展開(kāi)繩網(wǎng)捕獲系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與分析[J]. 劉昊,魏承,田健,譚春林,趙陽(yáng).  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2018(22)
[6]含芯擰絞繩非線性彎曲動(dòng)力學(xué)特性分析與研究[J]. 過(guò)佳雯,魏承,譚春林,趙陽(yáng).  力學(xué)學(xué)報(bào). 2018(02)
[7]基于附加約束方法的空間飛網(wǎng)碰撞動(dòng)力學(xué)與仿真[J]. 甄明,楊樂(lè)平,張青斌.  載人航天. 2017(04)
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碩士論文
[1]自旋目標(biāo)抓捕的軌跡規(guī)劃及捕獲后復(fù)合體的控制[D]. 胡忠華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[2]基于渦卷彈簧纏繞自鎖性能的鎖緊釋放裝置研制[D]. 姜晗.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3121733