基于SMA的空间解锁机构研制

摘要

太阳帆板是航天器的主要供能系统。航天器从发射到入轨的过程中，太阳帆板经历了折叠固定到解锁展开两个阶段。本文研制的基于形状记忆合金（Shape Memory Alloy）的空间解锁机构，可以保证太阳帆板可靠固定及顺利解锁。
　　本文在国防重点实验室自主课题的资助下，进行设计及研制工作，主要完成了如下的研究内容：
　　首先，建立了SMA驱动器的实际模型，同时利用SMA的本构模型，推导出驱动器的一维数学模型。在Joule效应的基础上进一步推导出SMA通电加热的温度-时间关系，最终得到 SMA-弹簧驱动器通电回复过程中应力、应变、温度、时间之间的数学关系，这为为实际的驱动器设计提供了理论基础。
　　其次，设计出SMA空间解锁机构的本体结构，并进行加工。该结构采用吊钩锁紧方式，配合弹簧的预紧力，保证了机构连接的可靠性。基于上述数学模型，本文以解锁时间最短、解锁位移合适为主要设计原则，完成了驱动器元件的参数设计。基于ADAMS对解锁机构进行运动仿真，对其解锁速度进行检测，验证了方案的可行性。为了优化解锁机构地面试验效果，按地面试验条件对机构进行运动仿真，确定了影响机构性能的最大因素。对机构进行了强度校核，并确定了机构最大许用载荷。
　　最后，基于仿真分析结果，搭建了解锁机构试验吊挂装置，可模拟解锁机构空间动作响应。设计了实验测试电路，可实现对解锁机构位移的精确测量，从而判定准确的解锁时间，达到测试机构性能的目的。
　　实验结果表明：本文研制的基于SMA的空间解锁机构可实现解锁功能要求，并且具有良好的解锁同步性，机构质量轻、体积小、可重复使用。

目录

基于SMA的空间解锁机构研制

DEVELOPMENT OF THE SPACE RELEASE DEVICE BASED ON SHAPE MEMORY ALLOY

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.3 形状记忆合金材料基本性能

1.4 本文主要研究内容

第2章 形状记忆合金驱动器数学建模

2.1 引言

2.2 形状记忆合金驱动器的驱动模式

2.3 形状记忆合金本构模型

2.4 形状记忆合金驱动器的本构模型

2.5 形状记忆合金驱动器温度响应特性

2.6 本章小结

第3章 形状记忆合金空间解锁机构总体设计

3.1 引言

3.2 形状记忆合金空间解锁机构结构设计

3.3 形状记忆合金的性能测试

3.4 弹簧驱动元件设计

3.5 本章小结

第4章 形状记忆合金空间解锁机构仿真分析

4.1 引言

4.2 空间解锁机构的动力学分析

4.3 空间解锁机构的强度校核

4.4 本章小结

第5章 实验系统设计及机构方案验证

5.1 引言

5.2 实验装置结构设计

5.3 空间解锁机构性能检测

5.4 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致 谢