空间对日定向装置半物理实验台设计与有效性验证

摘要

人类在进行太空探索中，空间站是其中必不可少的工具之一。电能是空间站维持自身运作，以及试验并保证人类生存的重要能源。现如今太阳翼作为大多数空间站能源来源之一，如何提高其太阳能利用率是当今空间站能源问题研究的主要内容。对日定向装置用于驱动太阳翼，使其保持实时对日运转。以提高能源利用率，是当今科学家研究的重点内容。空间站对日定向装置用于驱动太阳翼对日定向，为了保证其驱动过程中的控制特性，既保证太阳翼按预定方向运动，并能够控制其震颤。需要对对日定向装置进行整机级测试，以保证在发射前能够准确得到其驱动控制特性。保证发射后其在轨运行正常。现如今由于空间站技术在国际上只有两国已经完全掌握，且对我国实行了技术封锁。因此我国急需验证本国自主产权的对日定向装置试验台，以测试对日定向装置保证其达标，进而保证空间站的顺利建设完成。
　　首先研究确定了对日定向装置半物理试验台整体方案，既采用半物理仿真方法，将大型太阳翼用计算机数学模型代替。参照电动舵机试验台方案设计了对日定向装置试验台机械支撑平台，采用仿龙门铣床结构，以增加其刚度与一阶固有频率，保证其不会影响正常试验。设计了加载单元结构，保证了力矩的无间隙测量特性，采用气浮联轴节抵消产品径向跳动。采用非标应变片式扭矩传感器进行扰动扭矩的测量。
　　其次，为了保证机械结构平台的性能指标满足设计要求。对机械平台各部进行了最优化求解。阐述了工程最优化问题及相关理论，介绍了基于CAD技术与ANSYS Workbench联合仿真优化计算流程与办法。详细说明了基于ANSYS Workbench的试验设计法对立柱的单目标尺寸优化设计。对试验台其他各部及整体进行了模态分析。
　　最后，研究了对日定向装置试验台有效性验证方案。阐述了验证有效性的必要性。并提出了两种不同的方案既扭振系统一端自由方案与扭振系统两端约束方案，分析两个方案的优缺点，最终选用两端约束扭振系统作为验证有效性最终方案。计算了扭振系统所需主要技术参数。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究情况

1．2．2 国内研究情况

1．3 论文课题来源和主要内容

1．3．1 本论文课题来源

1．3．2 本文主要内容

1．3．3 本文内容安排

第2章 对日定向装置半物理试验台设计

2．1 对日定向装置试验台方案研究

2．1．1 前言

2．1．2 半物理试验加载方案

2．1．3 试验台的组成及工作原理

2．3 对日定向装置试验台机械结构设计

2．3．1 机械支撑平台设计

2．3．2 纵向移动平台设计

2．3．3 垂向移动平台设计

2．4 力矩加载单元设计

2．4．1 力矩加载单元结构设计

2．4．2 被测产品全跳动度误差适应方法

2．3．3 加载单元模态分析

2．4．4 同轴度调整单元

2．5 本章小结

第3章 对日定向装置试验台结构优化计算

3．1 工程优化问题研究背景

3．1．1 工程优化问题介绍

3．1．2 结构优化基本理论

3．1．3 优化设计的数学模型

3．2 ANSYS Workbench优化技术研究

3．2．1 ANSYS Workbench简介

3．2．2 基于ANSYS Workbench的优化流程

3．2．3 优化方法的选择

3．3 立柱优化计算

3．3．1 引言

3．3．2 立柱优化问题的数学模型建立

3．3．3 在ANSYS Workbench中立柱的优化设计

3．3．3 基于试验设计的响应面结果分析

3．4 试验台其他部件优化结果

3．4．1 安装基座优化结果

3．4．2 移动平台模态分析结果

3．5 力矩加载单元连接件的优化设计

3．6 试验台整体模态分析

3．7 本章小结

第4章 对日定向装置试验台加载精度有效性验证研究

4．1 有效性研究的必要性

4．2 有效性方案原理

4．3 有效性方案设计

4．3．1 扭振系统上端自由方案

4．3．2 扭振系统两端约束方案

4．4 加载精度验证方案可信度条件

4．5 两端约束扭振系统参数计算

4．5．1 扭杆材料的选择

4．5．2 扭振系统参数确定

4．5．3 扭杆校核

4．6 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢