飞行器月面垂直分离模拟试验台研究

摘要

为了模拟嫦娥五号的上升器与着陆器在月面低重力环境下的分离过程，需要在地球重力环境下设计分离模拟试验台，模拟上升器的特性并对其进行重力补偿。本文完成了试验台的设计工作，研究了飞行器分离动力学和重力补偿技术。
　　根据试验台的功能与性能要求，对比各种低重力模拟方式，选择悬挂式的重力补偿方案，满足瞬间分离过程对重力补偿的要求，设计了重力补偿装置以及承载该装置的网架结构。利用APDL建立网架结构的有限元模型，并进行了模态分析与静力学分析。设计了可调节式的五圆饼型和矩形块-圆饼型上升器模拟件，具有较高的模拟准确度。设计了倾斜台和二维移动平台，可以模拟不同着陆月面的情况，同时研究了倾斜台的运动特性。
　　为验证试验台对分离试验的有效性，从理论上建立地面5自由度和月面6自由度的分离动力学模型，利用Simulink仿真模块分析两种模型的运动过程。建立地面环境与月面环境的ADAMS虚拟样机模型，验证理论模型的求解结果。建立多种倾斜角度的试验台仿真模型并进行动力学分析，研究倾斜台倾斜角度对分离过程的影响。
　　为模拟月面的低重力环境，研究了重力补偿技术。根据重力补偿装置的工作过程，建立了悬挂式的重力补偿模型，并分析了开环系统的性能。利用对称根轨迹法及极点配置法，设计了直接输出反馈控制器，使得补偿系统形成闭环的恒拉力控制系统，提高了系统稳定性与快速响应性。研究了补偿系统的抗干扰性，分析了干扰对系统的影响。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1课题来源及研究的背景和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.3本文的主要研究内容

第2章 垂直分离模拟试验台的结构设计

2.1垂直分离试验台的技术要求

2.2分离试验台系统总体方案设计

2.3重力补偿装置的设计

2.4网架的设计

2.5上升器模拟件的设计

2.6倾斜台的设计与分析

2.7二维移动平台的设计

2.8本章小结

第3章 飞行器分离动力学分析

3.1 地面5自由度的分离动力学模型

3.2月面6自由度的分离动力学模型

3.3动力学方程组的求解与结果分析

3.4 ADAMS仿真与对比分析

3.5不同倾斜角度时的仿真结果分析

3.6本章小结

第4章 重力补偿装置控制系统分析

4.1补偿控制方案的设计

4.2补偿控制系统的设计

4.3本章小结

结论

参考文献

声明

致谢