系留气球收放系统建模与仿真的研究

摘要

超长的空中驻留时间，使得系留气球能够不间断地监视近地目标。以系留气球为主体的系留平台正在国土防御、环境监测等领域发挥着重要作用。另一方面，超长的空中驻留时间以及多变地载荷也给地面收放装置带来了挑战。本文针对某系留气球收放系统展开研究，分析了乱绳现象产生原因及其影响，提出了系留气球收放系统排缆机构和张力释放机构的设计方案。结合具体工况，为系留气球收放系统设计了一种合理的驱动策略。在完成系留气球收放系统的参数设计之后，建立了系留气球收放系统的虚拟样机并进行了运动学和动力学仿真。最后，针对系留气球收放系统样机展开试验，试验表明所设计样机满足技术要求，同时试验结果与仿真结果基本一致，验证了虚拟样机技术的可行性。
　　本文主要结构和研究内容如下：
　　第一章首先介绍了系留气球收放系统的研究背景和发展趋势，仔细分析了国内外系留气球收放系统的研究现状。简要说明了本课题研究的意义和必要性，继而简单介绍了本文的主要研究工作和内容。
　　第二章细致分析了乱绳现象的表现形式及其所产生的影响。张力过大会加剧乱绳对缆绳的破坏，为此，提出了一种高效的排缆和张力释放方案。同时，考虑到系留气球的负负载等工况，为其选择了设计了较为合理液压驱动方案。负负载平衡回路、马达备份回路以及负载敏感技术等均在该回路中有所体现。
　　第三章结合系留气球收放系统具体技术要求，对排缆机构和张力释放机构主要几何参数展开设计，确定了各驱动部件的载荷条件以及传动比，并为后面三维模型建立、运动学分析以及动力学分析做了铺垫。
　　第四章根据设计所得几何参数，在SolidWorks中创建了系留气球收放系统三维模型，并将创建所得三维模型导入Adams中，创建了该系统的虚拟样机。通过对虚拟样机的仿真分析，得出储缆绞车以及张力释放机构运动规律。
　　第五章着重分析了行星齿轮减速器，计算了各齿轮组啮合时的刚度系数。基于碰撞理论，重新建立了系留气球收放系统的虚拟样机。分别分析了在稳定载荷以及冲击载荷下条件下，行星减速器各齿轮的受力以及运动情况。
　　第六章对系留气球收放系统进行了负载特性测试和速度特性测试，测试结果表明所设计方案满足设计要求。另一方面试验数据与运动学和动力学仿真结果基本一致，从而说明虚拟样机技术，在产品开发过程中具有广阔的应用前景。最后对全文进行了总结，并简单构思了未来可能需要研究的方向。
　　纵观全文，针对系留气球收放系统进行了方案与参数设计，基于Adams创建了系留气球收放系统的虚拟样机，得到了关键传动部件的运动学和动力学仿真数据；最后对样机进行了负载特性以及速度特性的测试，测试结果表明，所设计的系留气球收放系统满足设计要求。同时，试验数据印证了仿真分析数据的正确性，这说明采用运动学和动力学仿真进行产品设计是可行的，可以为系留气球收放系统的优化设计提供了依据。

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第1章 绪论

1.1 系留气球收放系统的研究背景

1.2 系留气球收放系统的发展以及趋势

1.3 系留气球收放系统研究概况

1.4 本课题主要研究内容

1.5 本章小结

第2章 系留气球收放系统总体方案的研究

2.1 系留气球收放系统机械结构设计

2.2 液压驱动系统方案设计

2.3 本章小结

第3章 系留气球收放系统参数设计

3.1 系留气球收放系统主要参数计算

3.2.张力释放绞车参数设计

3.3 储缆绞车参数设计

3.4本章小结

第4章 系留气球收放系统虚拟样机建立与运动学仿真

4.1三维模型创建

4.2 系留气球收放系统虚拟样机的建立

4.3虚拟样机运动学仿真

4.4仿真结果分析

4.5本章小结

第5章 系留气球收放系统动力学仿真

5.1多刚体系统动力学原理

5.2系留气球收放系统动力学虚拟样机模型建立

5.3齿轮接触力仿真参数选取

5.4动力学仿真

5.5理论计算

5.6仿真结果分析

5.7本章小结

第6章 系留气球收放系统性能试验论证

6.1系留气球收放系统试验准备

6.2系留气球收放系统负载能力测试

6.3系留气球收放系统速度性能测试

6.4双备份马达测试

6.5本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢