空间非合作目标捕获机构设计及动力学分析

摘要

空间非合作目标捕获对接技术是指在空间交会完成的情况下，使本体航天器与非合作目标对接固化，最终形成一体的空间技术，是航天器在轨维护和空间碎片清理的关键技术，具有极高的经济价值和军事价值。当前国际上航天强国均已开展该技术的研究并取得了较大的成果，而我国在此领域的研究尚处于起步阶段，该技术的研究对我国航天事业的发展具有重要意义。论文设计了一种针对卫星对接环的卡爪式空间非合作目标捕获机构，内容如下：
　　首先，根据捕获机构的设计要求和任务需要，设计了一套卡爪式的非合作目标捕获机构，并分析了该机构的运动原理和主要部件的功能。其次，利用D-H参数法和拉格朗日乘子法对捕获机构的运动学和动力学进行了理论分析，获得了捕获机构指尖和四连杆卡爪的运动轨迹。然后，利用MATLAB数值仿真获得了指尖的工作空间和四连杆卡爪角度、角速度变化趋势，并利用多体动力学仿真软件MSC.ADAMS对捕获机构捕获过程进行了仿真分析。再然后，运用有限元仿真软件MSC.PATRAN/NASTRAN对捕获机构进行了自由状态和约束状态的模态分析。最后对捕获机构原理研究实物的重量，锁紧力等关键参数进行了测量。结果表明：仿真分析的关节角度和角速度与理论分析一致，验证了理论分析的合理性；指尖碰撞力最大峰值为155N，符合设计要求；捕获机构前六阶的固有频率和固有振型符合预期，为避免火箭运载过程中出现共振现象提供了分析基础；原理样机关键参数经测量完全满足技术要求。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 论文的研究背景、目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第二章 空间非合作目标捕获机构结构设计

2.1 空间非合作目标对接捕获技术难点

2.2 空间非合作目标捕获机构的设计要求

2.3 空间非合作目标捕获机构技术要求分析

2.4 总体方案原理与设计

2.5 详细结构设计

2.6 本章小结

第三章 捕获机构运动学和动力学理论分析

3.1 捕获机构运动学分析

3.2 利用D-H参数法计算指尖的工作空间

3.3 利用拉格朗日方程求解系统动力学

3.4 本章小结

第四章 空间非合作目标捕获机构仿真分析

4.1 运动学仿真

4.2 理想状态下的捕获过程仿真

4.3 非理性状态下的捕获仿真

4.4 本章总结

第五章 空间非合作目标捕获机构模态分析

5.1 有限元法

5.2 模态分析的准备工作

5.3 自由状态下的模态分析

5.4 约束模态下的分析

5.5 本章小结

第六章 捕获机构原理样机实物研制

6.1 原理样机实物研制

6.2 捕获机构性能参数测试

6.3 本章小结

第七章 论文总结和展望

7.1 论文总结

7.2 进一步工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文