运载火箭集成式自动对接脱落连接器研究

摘要

国内运载火箭的连接器主要为单管式，加注口分散，绝大部分连接器可自动脱落，但不具备自动对接功能。为简化箭地接口、缩短发射准备时间、提高安全性和可靠性，开展集成式自动对接脱落连接器研究。根据设计要求，对集成式连接器、执行机构和柔顺机构进行设计，并对整个系统工作过程进行仿真分析。
　　集成式连接器设计包括液氧连接器和氮气连接器设计、锁紧机构设计、管路布局及面板设计、对中导向机构设计等。为实现自动对接脱落和随动功能，设计了执行机构和柔顺机构。执行机构采用液压缸驱动的平动型3-UPU机构，对其进行位置分析，得到正反解公式。柔顺机构由金属橡胶减振器和悬挂弹簧组成，集成式连接器地面部分通过柔顺机构与执行机构相连。通过计算为设计方案初步选取主要性能参数。
　　建立整个系统的多体动力学模型，对自动对接、锁紧和随动等工作过程进行仿真分析。对于对接过程，分别分析了箭体摆动频率、对接速度、柔顺机构刚度、液压缸柔性、执行机构的延迟等因素对对接过程的影响，并验证了当动平台和箭体之间的位置和角度差处于极限情况时也能够顺利对接。对于锁紧过程，锁紧机构受力均匀，锁紧可靠，对比不同管路布局时的锁紧，验证了管路布局的合理性;对锁紧机构进行有限元分析，检验其刚强度，并为钢珠锁紧机构选择合适的钢珠数量。对于随动过程，箭体摆动时执行机构能够达到良好的随动效果，箭体受力小。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 国内外研究状况

1．2．1 国外集成式自动对接脱落连接器

1．2．2 国内运载火箭连接器现状

1．3 本文主要工作内容

2 集成式连接器设计

2．1 集成式连接器设计要求

2．2 集成式连接器总体方案设计

2．3 液氧连接器设计

2．3．1 液氧连接器密封

2．3．2 液氧连接器绝热

2．3．3 液氧连接器方案设计

2．3．4 液氧连接器材料选择

2．4 氮气连接器设计

2．5 锁紧机构设计

2．5．1 锁紧机构对比分析

2．5．2 离合爪锁紧机构设计

2．5．3 钢珠锁紧机构设计

2．6 管路布局及面板设计

2．7 对中导向机构设计

2．8 本章小结

3 执行机构和柔顺机构设计

3．1 自动对接脱落和随动要求

3．2 总体方案设计

3．3 执行机构设计

3．3．1 执行机构对比分析

3．3．2 执行机构方案设计

3．3．3 3-UPU机构位置分析

3．4 柔顺机构设计

3．4．1 柔顺机构设计要求

3．4．2 金属橡胶全向减振器

3．4．3 柔顺机构方案设计

3．5 本章小结

4 多体动力学建模

4．1 ADAMS多体动力学理论

4．1．1 多刚体动力学理论

4．1．2 刚柔耦合动力学理论

4．2 动力学模型建立

4．2．1 坐标系建立

4．2．2 柔顺机构建模

4．2．3 锁紧机构建模

4．2．4 执行机构及其余部分建模

4．3 本章小结

5 工作过程仿真分析

5．1 对接过程分析

5．1．1 不同箭体摆动频率下对接分析

5．1．2 对接速度对对接影响分析

5．1．3 柔顺机构刚度对对接影响分析

5．1．4 刚柔耦合分析

5．1．5 考虑延迟的对接分析

5．1．6 极限位置对接

5．2 锁紧分析

5．2．1 离合爪锁紧机构分析

5．2．2 钢珠锁紧机构分析

5．3 随动过程分析

5．3．1 箭体前后摆动时随动

5．3．2 箭体复合摆动时随动

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

附录