周边式对接机构对接捕获阶段的动力学模型
空间交会对接是发展载人航天必须解决的一项关键技术,空间交会对接涉及到主动(追踪)、被动(目标)两个飞行器相对于惯性空间来说同时要进行最多具有12个自由度的轨道和姿态控制问题.为了得到一个高度可靠并且有容错和诊断功能的系统,仿真试验是进行空间交会对接技术研究的一个有效途径.它是借助于计算机仿真平台通过建立对接机构的动力学模型来对整个对接系统动态过程进行动力学仿真.在空间交会对接过程中,从首次接触碰撞到完成捕获这一阶段称为对接捕获阶段,对对接捕获阶段动力学性态的研究是空间交会对接技术的关键.本文以有内导向瓣异体同构周边式对接机构为研究对象,利用多刚体系统动力学理论,从机构的物理模型出发建立了对接捕获阶段的三体力元动力学模型.氢整个系统简化为主动飞行器、被动飞行器和主动对接环三体,把弹簧阻尼等缓冲元件对主动飞行器和主动对接环的缓冲力(矩)用沿丝杆方向的六个缓冲系统力元来表示,建立了缓冲元件物理参数与缓冲机构整体缓冲性能的关系,考虑了缓冲系统六个方向之间的耦合;把主、被动对接环间的相互作用以接触碰撞力元表示;捕获锁与卡板器之间存在捕获锁作用力元;另外,整个对接机构除了三体(主动飞行器、被动飞行器和主动对接环)外,还有大量的小转动部件(如丝杠、齿轮等),小转动部件的惯量特征对系统动力学方程的贡献是不容忽略的,文中考虑了这些小转动部件惯量对系统动力学方程的影响.根据本文所建动力学模型,利用DADS平台,开发了相应的用户模块,编写了Fortran语言用户接口程序,完成了对接过程的动力学仿真.仿真结果表明了本文所建模型的有效性,本文所建动力学模型是比以往的三体简化模型更接近全刚体模型的一种简化模型,此模型有利于后续的优化设计和控制研究.
动力学模型 动力学仿真 周边式对接机构 航天器对接 空间交会对接 姿态控制
洪嘉振 尤超蓝
上海交通大学工程力学系(上海)
国内会议
昆明
中文
171-175
2004-08-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）