火箭是航天工程中重要的载体,在多级火箭分离过程中,为避免脱离火箭对上一级火箭的影响,火箭每级之间要设计分离导向装置。在分离过程中,导向装置能够为脱离级火箭提供相对的分离方向和位移限制,防止分离过程中影响上级火箭飞行姿态或碰撞上级火箭发动机,所以分离机构的性能直接影响火箭分离结果。本文研究设计了一种测试分离导向机构性能的试验台,针对试验台进行了力学分析,并根据拓扑优化理论优化试验台桁架,最后对试验台仿真系统和圆柱滑轨进行了实验验证。本文的主要研究内容如下:首先,为了更加针对分离导向机构的性能设计试验台,本文首先对和试验台有直接关系的国内外现状进行了阐述,明确指出现有的实验设备的局限性。在分析了试验台工作原理后,根据工作任务要求设计合理的试验台整体机械结构,包括桁架、直线作动器、加载平台结构、缓冲装置等。其次,对试验台进行了动力学分析,研究了分离试验台加载载荷以及试验台主要结构中关节轴承和直线作动器的受力情况,利用ADAMS仿真软件对试验台进行了运动仿真研究。随后利用ANSYS Workbench有限元分析软件对主要结构进行了分析,研究了直线作动器滚珠丝杠的滚珠和滚道之间的弹性接触问题,得出了滚珠与丝杠滚道之间的接触压力大于滚珠与螺母滚道之间的接触压力的结论,为滚珠、滚道的磨损和寿命提供了可靠的理论依据,对试验台直线作动器使用寿命具有指导意义。之后,采用连续体渐进结构优化的方法优化试验台桁架部分。其中分析推导了渐进结构拓扑优化的灵敏度,并设计了优化的性能指标。应用ANSYS中的APDL参数化设计语言实现对桁架主要单元结构的单榀桁架优化,并进行了可制造性的处理。对优化后的桁架进行的模态、随机振动有限元分析,并和优化前进行对比,进一步验证桁架优化的可靠性。最后,搭建半实物仿真系统,并使用LabVIEW设计控制程序,进行直线作动器样机的验证试验。随后加工制造移动连接环加载装置圆柱滑轨部件的样件,并设计实验验证其设计的可靠性,为后期试验台研制奠定了理论基础。