随着航空航天科技的蓬勃发展与进步,航天器所承载的航天任务也越来越复杂化和多样化,确保预发射的航天器与在轨运行的航天器或空间站对接高成功率的最有效的做法是通过地面对接模拟试验台对对接过程进行试验研究。目前较成熟的对接试验台均都是单一对接模式,无法对航天器进行全面的对接试验研究,这与复杂多变的航天任务要求不符。本文主要针对复合姿态对接试验台进行了构型优化,对运动模拟器进行了运动学分析并建立了位姿误差模型,对关键零件进行了结构可靠性分析。复合姿态对接试验台需要实现垂直和水平两种对接模式,且能在各对接模式间进行灵活的转换。本文通过有限元分析和数值理论计算的方法对复合对接试验台的架体结构、主运动模拟器的转换机构及芯轴平衡组件存在的结构及动力上的缺陷进行了分析并依据分析结果对相应零部件进行了优化,使复合对接试验台的功能和性能更完善。为分析复合姿态对接试验台的位姿误差情况,建立了试验台的整体坐标系并对主、被动运动模拟器进行了运动学分析,综合考虑影响试验台位姿精度的因素,分别建立了主、被动运动模拟器的位姿误差模型。结合三爪式对接机构的工作特点,分析了对接过程主、被动对接机构的接触碰撞类型,并建立了接触碰撞力及力矩模型。针对复合姿态对接试验台在对接过程中的动力学特性进行了建模。分别选取了正碰和斜碰两种对接情况下的极限初始条件,通过ADAMS进行了试验台与对接机构的联合仿真分析,得到了对接碰撞力曲线。最后依据可靠性分析的相关理论及分析方法,建立了关键部件结构可靠性的极限功能函数,利用ANSYS/PDS功能模块结合蒙特卡罗法对复合姿态对接试验台的关节球、芯轴等关键部件进行了结构的可靠性分析,得出了关键部件的可靠性分析统计结果,证明了关键部件的可靠度水平。