空間非合作目標(biāo)對接機(jī)構(gòu)的研究.pdf

1、空間交會對接技術(shù)是航天領(lǐng)域一項非常重要的技術(shù)，空間站的人員往返、物資補給、維修以及空間營救，失效航天器的捕獲、維修、回收或再利用都離不開此項技術(shù)，我國正在進(jìn)行的登月計劃也離不開此項技術(shù)。對接按捕獲目標(biāo)方式的不同，分為合作目標(biāo)對接和非合作目標(biāo)對接。合作目標(biāo)對接由于在目標(biāo)上安裝有專門設(shè)計的合作標(biāo)志器(用于相對位姿測量)和對接機(jī)構(gòu)，這為目標(biāo)的捕獲與控制提供了方便。而非合作目標(biāo)對接，由于目標(biāo)上沒有專門的合作標(biāo)志器和對接機(jī)構(gòu)，且目標(biāo)星與追蹤星之間

2、沒有直接的信息交流，這給目標(biāo)的識別與捕獲帶來困難。但非合作目標(biāo)對接適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣。國外已在非合作目標(biāo)對接方面進(jìn)行了有關(guān)地面和空間試驗研究，我國還處于起步階段。開展非合作目標(biāo)對接技術(shù)研究具有十分重要的意義。
　　本文以地球同步軌道衛(wèi)星為研究對象，對用于捕獲目標(biāo)的對接機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究。在對各國衛(wèi)星進(jìn)行大量調(diào)研基礎(chǔ)上，確定了衛(wèi)星遠(yuǎn)地點發(fā)動機(jī)為非合作目標(biāo)對接接口。該發(fā)動機(jī)的尺寸和形狀通常在一個較窄范圍內(nèi)，且普遍為埋入式錐形結(jié)構(gòu)，形狀上適

3、合識別和抓捕。根據(jù)衛(wèi)星噴管的尺寸、形狀、對接初始條件設(shè)計了由三個手指及一個傘形導(dǎo)向阻尼機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成的對接機(jī)構(gòu)。
　　對對接機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運動學(xué)和動力學(xué)分析。在運動學(xué)分析方面，根據(jù)衛(wèi)星噴管的尺寸和形狀求解出實現(xiàn)對接時機(jī)械手手指的運動軌跡，并根據(jù)此軌跡逆向求解出機(jī)械手各桿件的尺寸；在動力學(xué)分析方面，基于拉格朗日方程的力學(xué)分析方法，從系統(tǒng)能量的角度出發(fā)對對接機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析，同時動力學(xué)分析也為后繼的仿真分析奠定了理論基礎(chǔ)。
　　對對接機(jī)

4、構(gòu)進(jìn)行了仿真分析，運動學(xué)仿真分析演示了空間對接的過程，驗證了方案設(shè)計的正確性，動力學(xué)仿真則分析了對接碰撞過程中相互作用力情況以及對接后的逐漸穩(wěn)定的過程，并將得到的分析結(jié)果與基于欠驅(qū)動理論所設(shè)計的對接機(jī)構(gòu)進(jìn)行對比，驗證了該方案的優(yōu)越性。繼而，本文根據(jù)動力學(xué)仿真分析得到的各零件受力情況，對各個零件進(jìn)行了具體結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化，使其在滿足空間對接要求的條件下，改善了所設(shè)計的對接機(jī)構(gòu)的受力情況，使整個機(jī)構(gòu)的重量大大降低。最后，對優(yōu)化設(shè)計后的對接機(jī)構(gòu)