航天服试验驱动装置动力学及热防护技术研究

摘要

在近地太空中，物体正对太阳的表面接受辐射产生高温，而背对太阳的表面则为低温，即太空环境是极端温度环境。目前还没有一种适于在太空环境中直接使用的驱动装置，受到居里温度效应的限制，广泛应用的基于电磁原理的驱动装置都无法直接暴露在太空环境中。根据航天服测试试验的要求，本文在已研制的航天服气动操作装置基础上，提出采用电驱动，并施加温度控制进行防护，以满足航天服舱外活动的完全模拟飞行试验的条件。对各种操作中动作最复杂的流控阀操作装置实现了电驱动设计，对该装置的运动学和动力学特性进行了仿真，并对电器的热特性以及防护特性进行了仿真分析和实验研究。
　　根据航天服在太空环境模拟舱中的测试要求，完成了流控阀操作装置的设计，采用电磁铁作为解锁驱动，步进电机驱动小齿轮沿弧形齿轮转动实现位置控制。这样基于电力驱动的装置比气压传动更容易实现温度防护，更易于控制。但是电力驱动的柔顺性比气压传动差。为解决此问题，利用SolidWorks建立了机构的三维模型并导入ADAMS软件对流控阀操作装置的运动学与动力学进行了仿真和优化，提高流控阀操作装置运行的柔顺性和快速性。
　　在分析航天服测试试验中热传递方式的基础上，对现有热防护技术进行了探讨。在比较了尽可能减少热辐射、采用相变材料蓄热等防护技术的基础上，本论文对采用半导体制冷技术的主动式防护完成了流控阀操作装置驱动电机的热防护设计，利用FLUENT对该热防护装置的热特性进行了仿真分析，并建立了热防护实验系统，对采用半导体制冷片的主动式电器热防护的性能进行了实验研究。半导体制冷技术在流控阀操作装置中的应用，为航天服测试试验中电器的热防护奠定了基础，为未来深太空探测器电子装置的温度调节系统提供了新思路。