空間合作目標(biāo)捕獲對接裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究.pdf

1、空間合作目標(biāo)的捕獲與對接技術(shù)是航天領(lǐng)域特別是空間在軌服務(wù)任務(wù)中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),服役航天器的維修、補(bǔ)給,失效航天器的回收及離軌報廢都與此緊密相關(guān)。因此本文的研究目的是面向航天器的在軌維護(hù)需求,研制一套捕獲對接裝置原理樣機(jī),并對其研制與工作過程中的關(guān)鍵技術(shù)展開研究。
　　首先,本文分析了國內(nèi)外捕獲對接裝置的發(fā)展現(xiàn)狀,對現(xiàn)有的各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了對比,針對現(xiàn)在及未來的空間在軌服務(wù)任務(wù),對空間合作目標(biāo)捕獲對接機(jī)構(gòu)進(jìn)行了需求分析,提出了系統(tǒng)的

2、功能要求與性能指標(biāo)。
　　隨后,在系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案與性能指標(biāo)建立完畢后,對系統(tǒng)進(jìn)行了功能分解,分別對系統(tǒng)的捕獲機(jī)構(gòu)、定位元件、導(dǎo)引傳動部件與電氣流體傳輸接頭等子系統(tǒng)模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì),其中捕獲機(jī)構(gòu)是基于空間連桿——柔性索原理,對接接口是以錐套——導(dǎo)引銷作為定位元件,該設(shè)計(jì)方案可以實(shí)現(xiàn)大容差、較柔順、高剛度、高可靠與六自由度精確定位的捕獲對接動作,并建立服務(wù)航天器與目標(biāo)航天器間的電氣連接與流體傳輸通道。
　　之后,通過對該裝置的

3、設(shè)計(jì)變量進(jìn)行幾何分析、動力學(xué)分析與靜力學(xué)分析,建立了系統(tǒng)性能指標(biāo)與相關(guān)參數(shù)的映射關(guān)系,并將其簡化為較為簡潔的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上以系統(tǒng)的容差能力作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),并通過線性加權(quán)與內(nèi)點(diǎn)罰函數(shù)的優(yōu)化方法,對系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),得到了更加優(yōu)良的性能參數(shù)。
　　最后,搭建了捕獲對接裝置的原理樣機(jī)與地面模擬實(shí)驗(yàn)平臺,在該平臺上對樣機(jī)進(jìn)行了功能驗(yàn)證試驗(yàn)、捕獲容差試驗(yàn)、捕獲與釋放作用力試驗(yàn)等內(nèi)容,證明本文所設(shè)計(jì)的捕獲對接裝置結(jié)構(gòu)合理,功能完善,