盘绕式空间伸展臂测试实验与仿真研究

admin · 发表于 2022-9-17 19:58:22

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新一代科学探测卫星和空间站、空间平台等，都需要大型空间可展机构系统。盘绕式空间伸展臂凭借其工艺简单、质量轻、包装容积小、伸展平稳等优点，已经获得了越来越多的关注，尤其适合用于现代新概念微小卫星。本文以北航小卫星重力梯度杆三角形截面盘绕式空间伸展臂为研究对象，利用仿真和测试实验的手段，重点研究和分析空间伸展臂结构展开过程和展开后的力学特性，为有铰伸展臂结构与展开形式设计提供了依据；另外设计了重力梯度天平动阻尼器并完成实验，为卫星重力梯度姿态稳定提供了参考。本文的主要研究内容包括以下几个方面：首先，通过钛镍合金细杆材料的拉伸实验，获取材料拉伸性能参数，用于伸展臂的拉压、弯曲及扭转刚度分析；依据弹性稳定理论，对展开状态进行了局部和稳定性分析；利用弹性稳定理论与卡氏定理对伸展臂进行屈曲卷压临界载荷计算，并对其影响因素进行了分析。然后，进行了垂直展开实验，对逐层展开过程的冲击角加速度、展开屈曲力进行了测量和分析；利用测得的控制绳索最大拉力设计了伸展臂阻尼展开机构，并对其进行了高低温环境实验，给出了工作温度的可靠区间；在充分考虑已有的实验条件及各种实验方法优缺点的情况下，设计了一种同步控制零重力模拟展开实验装置，并对不同展开速率、展开形式、展开阻尼及装配预紧力情况进行了实验对比，针对实验结果给出了伸展臂不同展开形式下的动力特性及可靠性分析。最后，对盘绕式伸展臂重力梯度姿态稳定配合使用的被动阻尼器进行设计；对所设计的两种阻尼器进行了功能实验，测得阻尼系数；对两种阻尼器进行对比分析，选用粘滞阻尼器进行姿态控制仿真，给出稳定时间，为小卫星姿态控制系统提供了分析依据。

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