复合对接试验台的构型设计及稳定性分析

摘要

随着航天事业日新月异的发展，空间在轨交会对接技术日趋成熟。要保障小型卫星空间对接任务的顺利实施，在地面上利用仿真对接试验台进行相关性能的测试工作就显得尤为关键。本文介绍了国内外各种类型的对接试验台及其发展概况，指出了传统的对接试验台只能为对接机构在立式或卧式方向上提供单一的对接测试方式，无法完全满足不同对接姿态下的性能测试需要，故研究既可实现竖直方向上对接，又能实现水平方向上对接的复合式对接试验台，其意义十分重要。
　　本文基于立式对接试验台的前期研发基础，创新性地提出了复合对接试验台构型设计理念。依据对接试验台的技术和功能要求，结合相关设计原则，并通过不断对结构进行改进，最终确定了复合对接试验台的结构型式，达到了其在功能上具备复合式对接的性能，并且灵活性高、造价低。本文利用Pro/E软件对复合对接试验台中主、被动平台的转换机构进行了三维建模，并描述了复合对接试验台从竖直方向变换到水平方向的模拟试验过程。
　　针对复合对接试验台的构型，利用坐标变换矩阵和牛顿-欧拉角法，对复合对接试验台中主、被动平台进行动力学分析，并系统性地建立了整体的动力学方程式，为复合对接试验台的理论研究提供依据。
　　利用ANSYS Workbench软件对复合对接试验台的关键部件进行了有限元分析。一是对被动平台中球关节进行动力学的瞬态分析，并得出应力及应变变形图；二是对主动平台的底盘组件进行模态分析和静力学分析，以验证复合对接试验台（的）构型设计的合理性。
　　最后本文采用Sm稳定裕度与Sne能量裕度法，在复合对接试验台处于静态和转换的两种形式下，进行了稳定性分析，确保了其结构的稳定性。
　　本文不但对复合对接试验台进行了构型设计，而且在稳定性方面提出了判定依据，对进一步研究高精密的复合对接试验台具有重要的可借鉴意义。

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第1章 绪论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2国内外发展现状及研究概况

1.3本文主要研究内容

第2章 复合对接试验台的构型设计

2.1复合对接试验台的设计原则要求及功能要求

2.2复合对接试验台的构型设计

2.3复合对接试验台的模拟试验过程描述

2.4复合对接试验台的驱动部分

2.5本章小结

第3章 复合对接试验台动力学建模和分析

3.1复合对接试验台几何坐标系的建立

3.2牛顿-欧拉动力学方程

3.3复合对接试验台动力学分析

3.4本章小结

第4章 基于ANSYS的复合对接试验台结构强度分析

4.1有限元分析概述

4.2主动平台关键部件的有限元分析

4.3被动平台关键部件的有限元分析

4.4本章小结

第5章 复合对接试验台稳定性分析

5.1影响试验台的稳定性因素

5.2复合对接试验台稳定性分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及专利

致谢