可重复展开式太阳能帆板及其折叠臂结构设计与分析

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随着我国航天事业的发展以及对宇宙空间探索的不断加深,航天器功能不断细致化。应用于通信、能源探测、气象预报等各领域的航天器相继完成设计、研制、发射等任务。近年来,一种新型高机动性的航天器的研制被列入日程。联合航天科技集团某研究所,本课题着眼设计一套应用于该类航天器的太阳能帆板展收机构方案,完成该展收机构结构设计、分析及地面零重力模拟实验方案设计等工作。  在广泛阅读参考文献,研究国内外展开机构与空间机械臂现状的前提下,本文提出了一种基于折叠臂的有源可重复展开式展收机构。该机构主要包括基于关节的空间折叠臂及基于单关节驱动的滑轮组钢丝绳联动太阳能帆板板间展收机构,并可实现多次展开。  根据所提出的总体方案,对空间折叠臂展开构型方案设计、关节设计、臂杆参数设计、电气走线设计等主要工作。对于集机构、传感、驱动、通讯、控制于一体的高集成度的关节,采用模块化设计方法,缩短了研发周期,提高了可维护性。将总体方案提出的多次有源展开方案的滑轮组钢丝绳联动机构具体化。为实现太阳能帆板的有效定位和系统故障应急机制,设计其他辅助功能机构,包括帆板锁紧机构、火工分离机构等装置。  通过复合形法最优化理论,对太阳能帆板蜂窝结构进行优化设计。通过比较优化设计得到的蜂窝结构帆板固有频率与有有限元分析得到的等效帆板固有频率进行验证分析。  对太阳能帆板展收机构进行运动分析,并使用MathworksMatlab绘制展收机构的运动空间。分析展收机构主要零部件在特定环境下结构的强度、刚度及稳定性。考虑到发射与工作状态时,展收机构所处工作环境,应用Ansys对其进行模态分析。根据其固有频率和模态振型,对结构做进一步修正,以满足其具体要求。  为验证所设计机构的合理性与可靠性,设计一套吊丝配重悬挂零重力模拟实验方案,以进行地面实验。并对该零重力模拟方案的实验装置进行结构设计。
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