模块化可展开天线结构刚柔耦合设计与驱动力分析

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作者 田大可 张昊 +4 位作者 王永滨 方纪收 金路 石祖玮 范小东 《中国空间科学技术(中英文)》 北大核心 2025年第4期144-153,共10页

模块化可展开天线具有通用性好、适应性强、拓展灵活等特点,是满足未来大尺度天线在轨装配、在轨建造等需求的一种具有较大发展潜力的构型形式。为更好地掌握六棱柱模块化可展开天线在轨展开过程中结构的力学特性,开展了天线结构刚柔耦... 模块化可展开天线具有通用性好、适应性强、拓展灵活等特点,是满足未来大尺度天线在轨装配、在轨建造等需求的一种具有较大发展潜力的构型形式。为更好地掌握六棱柱模块化可展开天线在轨展开过程中结构的力学特性,开展了天线结构刚柔耦合设计及驱动力分析。首先,开展了模块化可展开天线结构方案设计,阐述了结构组成及展收原理。其次,基于解析几何方法,建立了等效包络圆数学模型,求得了肋单元夹角等关键参数,并建立了可展开天线结构三维模型。再次,对上弦杆、斜腹杆、下弦杆等径向长杆进行柔性化处理,采用多体动力学仿真软件建立了模块化可展开天线机构刚柔耦合多体动力学模型。最后,分别从有重力、无重力两个方面对单模块、多模块天线在不同约束位置下的展开驱动力的变化规律进行了分析。研究结果表明:展开过程若存在重力,则约束位置的选择对驱动力影响较大;若不存在重力,则天线约束位置对展开影响较小。所开展的结构设计及多方案驱动力分析可为该型天线的样机研制及工程化应用提供一定的借鉴和参考。 展开更多

关键词 可展开天线 模块化结构 刚柔耦合结构 空间几何建模 驱动力分析

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基于充气驱动的可展开机构设计及实验验证

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作者 王皋源 李俊麟 +3 位作者 李振新 郭子琛 赵铁军 乌凡 《机电工程》 北大核心 2025年第9期1734-1746,共13页

随着深空探测任务的不断推进,空间可展开结构在航天器的应用中愈发重要。充气驱动可展开结构因其轻量化、结构简单、展收比大等优势,成为了空间结构的研究热点。针对传统机械展开机构存在质量大、结构复杂等问题,在分析了气囊充气过程... 随着深空探测任务的不断推进,空间可展开结构在航天器的应用中愈发重要。充气驱动可展开结构因其轻量化、结构简单、展收比大等优势,成为了空间结构的研究热点。针对传统机械展开机构存在质量大、结构复杂等问题,在分析了气囊充气过程的基础上,提出了一种新的充气驱动可展开机构,并对其进行了结构设计、分析以及实验验证。首先,建立了气囊充气展开过程的数值分析模型,运用有限元仿真对气囊的动态行为进行了验证;然后,基于刚柔耦合理论,设计了一种充气驱动的可展开机构,并分析了其动力学和运动学特性;最后,构建了微重力模拟平台并研制了实验样机,对机构的展开过程进行了地面实验验证。研究结果表明:充气驱动可展开机构能够在240 kPa的充气压力下在22 s内稳定完成展开任务,达到428 mm最大位移,展开速度为24 mm/s;机构展收比达到3.5,单位展开面积质量为2 kg/m ^(2),与机械铰链展开机构相比,单位面积展开质量减轻了20%,展收比增加了133%,该机构仍然保持了较高的稳定性和可靠性。该设计不仅有效解决了传统展开结构的不足,而且为未来太空结构提供了具有重要应用前景的创新方案。 展开更多

关键词 空间可展开结构 机构学 气囊 刚柔耦合 数值模型 动力学分析 运动学分析

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辐射肋式空间可展开天线机构设计与分析 被引量：2

3

作者 田大可 宋玉群 +3 位作者 金路 高海明 刘荣强 赵丙峰 《中国空间科学技术（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第2期40-50,共11页

可展开天线机构是网面可展开天线的关键组成部分,对天线展开后结构的稳定性和刚度具有重要影响。针对空间可展开天线大型化、高收纳率、高精度化发展趋势,设计了一种辐射肋式空间可展开天线机构新构型。首先,开展了天线整体结构设计,根... 可展开天线机构是网面可展开天线的关键组成部分,对天线展开后结构的稳定性和刚度具有重要影响。针对空间可展开天线大型化、高收纳率、高精度化发展趋势,设计了一种辐射肋式空间可展开天线机构新构型。首先,开展了天线整体结构设计,根据结构组成进行尺寸计算并建立了结构的三维模型;然后,采用数值仿真软件开展了机构运动学仿真研究,并分析了运动的变化规律;最后,建立了有限元模型,开展了结构模态分析。研究结果表明,所提出的机构能够实现由收拢至展开的运动变化,展开过程中机构具有良好的同步性,构件间无干涉,验证了结构方案及原理的正确性和可行性。研究结果对于空间可展开天线基础理论及工程应用等具有较高的参考价值。 展开更多

关键词 空间折展机构 可展开天线 分叉结构 机构设计 运动学分析 模态分析

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大型可展开式空间结构热致振动研究回顾与展望 被引量：1

4

作者 罗成 范超 +2 位作者 毕研强 苏新明 林贵平 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期231-241,共11页

大型可展开式空间结构的热致振动是我国航天器向大型化、高精度、高可靠性发展过程中面临的重要问题之一。从理论与数值分析、试验研究、振动抑制与结构优化方法3个方面梳理了热致振动响应问题的研究进展。针对我国后继大型航天器技术... 大型可展开式空间结构的热致振动是我国航天器向大型化、高精度、高可靠性发展过程中面临的重要问题之一。从理论与数值分析、试验研究、振动抑制与结构优化方法3个方面梳理了热致振动响应问题的研究进展。针对我国后继大型航天器技术发展趋势和需求,提出了大型可展开式空间结构热致振动响应后续研究发展的建议,为相关研究工作者提供参考。 展开更多

关键词 大型可展开式空间结构 热致振动 热分析 振动抑制

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基于改进ISM-FRAM-AHP的有限空间作业过程风险防控

5

作者 王涵宇 谭钦文 +3 位作者 刘娟 李爽露 田忠伟 陈超 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期165-173,共9页

为解决有限空间作业过程多层次、多环节、多功能交互关系模糊和不良耦合影响的问题,引入功能共振分析模型(FRAM),结合解释结构模型(ISM)和层次分析法(AHP)优化改进层次结构和判断方式,通过划分风险层次结构,将系统功能耦合变异性的影响... 为解决有限空间作业过程多层次、多环节、多功能交互关系模糊和不良耦合影响的问题,引入功能共振分析模型(FRAM),结合解释结构模型(ISM)和层次分析法(AHP)优化改进层次结构和判断方式,通过划分风险层次结构,将系统功能耦合变异性的影响进行定量化,并计算功能单元和层级结构的重要度,通过功能可变性和耦合损失度结果,确定上下游功能变化输入输出表型,理清系统功能要素间耦合作用影响机制。结果表明:应用基于改进ISM-FRAM-AHP的有限空间作业过程风险防控模型,能够得到23个功能单元和10层风险层级功能网络;功能可变性数值和耦合损失度最大值为4.36(外部环境F_(23))和0.8084(制定作业方案F_(2)),作业安全风险程度较高,功能变化主要表现为顺序、目标和控制,针对8条失效链路设置物理、象征、功能、隐形4种有效屏障措施。 展开更多

关键词 解释结构模型(ISM) 功能共振分析模型(FRAM) 层次分析法(AHP) 有限空间作业 作业过程 风险防控 层次结构 耦合变异

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正八面体单元空间伸展臂研究 被引量：4

6

作者 陈务军 关富玲 +1 位作者 陈向阳 裘红妹 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第2期41-47,共7页

空间伸展臂是广泛应用的航天结构。本文分析了正八面体单元伸展臂的构成原理；推导出展开过程的运动轨迹和滑动－转动单元的两种９×９刚度矩阵；建立了在预应力和外载下的受力分析模型。

关键词 空间伸展臂 展开过程分析 航天结构 正八面体

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空间可展桁架结构动力学分析 被引量：28

7

作者 赵孟良 吴开成 关富玲 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期1669-1674,共6页

采用广义逆矩阵方法分析空间可展桁架结构的运动过程.以笛卡尔坐标系下节点的自然坐标为未知量,建立桁架结构展开过程的动力学基本方程,将约束方程嵌入动力学方程,导出一组不含乘子且方程数目等于结构自由度数的动力学方程.采用主动校... 采用广义逆矩阵方法分析空间可展桁架结构的运动过程.以笛卡尔坐标系下节点的自然坐标为未知量,建立桁架结构展开过程的动力学基本方程,将约束方程嵌入动力学方程,导出一组不含乘子且方程数目等于结构自由度数的动力学方程.采用主动校正法对数值分析的约束违约进行了修正.提出了一种切实有效的数学算法构造了约束方程及其雅可比矩阵,实时地模拟了结构收纳过程的约束条件.自行编制的仿真程序算例证明了该分析方法的正确性. 展开更多

关键词 空间可展桁架结构 广义逆 主动校正 约束方程 动力学分析

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空间站大型伸展机构动力学研究中的若干问题 被引量：15

8

作者 吴德隆 王毅 文荣 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 1996年第6期29-38,共10页

由于空间站大型伸展机构运动中的时变性，其拓扑构形和系统的自由度都是变化着的，因而问题较定常构形动力学问题复杂得多。文章对航天伸展机构进行分类，并研究所组成的各类运行副，约束特点和约束方程及轨道、姿态、伸展运动的几何和... 由于空间站大型伸展机构运动中的时变性，其拓扑构形和系统的自由度都是变化着的，因而问题较定常构形动力学问题复杂得多。文章对航天伸展机构进行分类，并研究所组成的各类运行副，约束特点和约束方程及轨道、姿态、伸展运动的几何和运动描述；考虑柔性结构效应及热变形的动力学分析模型；还对连接间隙、摩擦、限位内碰撞、预应力、重力场及空气阻力的干扰进行分析；最后讨论了试验研究结论。 展开更多

关键词 空间站 伸展机构 结构动力分析 扰动

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气囊充气过程流固耦合数值模拟 被引量：15

9

作者 余莉 程涵 刘雄 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期472-476,共5页

基于LS-DYNA有限元分析软件,采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合方法模拟了气囊充气过程,获得了充气过程中,气囊外形和流场之间的动态关系,分析了囊内流场的动态变化情况,并和气囊分析的控制体积(Contro... 基于LS-DYNA有限元分析软件,采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合方法模拟了气囊充气过程,获得了充气过程中,气囊外形和流场之间的动态关系,分析了囊内流场的动态变化情况,并和气囊分析的控制体积(Control volume,CV)法进行了对比。结果表明,CV方法尽管简单,但对于高速下的气囊充气过程,无法获得囊内瞬态的流场变化及气囊表面的展开细节,确立了ALE方法在气囊充气仿真的可行性;通过囊面结构应力的分析,获得了气囊展开时的危险位置。该仿真结果对于协助气囊设计,减少试验次数具有重要意义。 展开更多

关键词 气囊 充气过程 流固耦合 任意拉格朗日-欧拉方法 有限元分析

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空间可展板壳结构的展开分析 被引量：6

10

作者 赵孟良 关富玲 吴开成 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第11期1837-1841,共5页

建立了空间可展板壳结构的运动学分析的基础方程式,利用广义逆矩阵理论分析了可展板壳结构在外荷载作用下的运动过程,给出了可展板壳结构从收纳(展开)状态到展开(收纳)状态的计算方法,推导出了考虑位置增量高阶项的数值解,并取得了较好... 建立了空间可展板壳结构的运动学分析的基础方程式,利用广义逆矩阵理论分析了可展板壳结构在外荷载作用下的运动过程,给出了可展板壳结构从收纳(展开)状态到展开(收纳)状态的计算方法,推导出了考虑位置增量高阶项的数值解,并取得了较好的展开分析精度.通过编制仿真程序进行算例分析,结果验证了分析方法的正确性.与传统的多体系统动力学方法相比,该分析方法的优点是建模简单,能够有效地分析可展板壳结构的复杂运动,并为空间可展板壳结构的设计优化提供了理论依据. 展开更多

关键词 空间可展板壳结构 连续表面展开天线 广义逆 展开分析

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空间展开折叠桁架结构动力学分析研究 被引量：6

11

作者 陈务军 关富玲 董石麟 《计算力学学报》 CAS CSCD 2000年第4期410-416,共7页

本文以笛卡尔坐标系下节点自然坐标为未知量 ,建立了桁架结构系的基本运动力学方程 ,并首次推导出桁架结构中常用节点附加几何约束方程 ,相应约束 Jacobi矩阵及其导数矩阵 ,采用奇异值分解法求约束 Jacobi矩阵的零空间基和 M- P广义逆 ... 本文以笛卡尔坐标系下节点自然坐标为未知量 ,建立了桁架结构系的基本运动力学方程 ,并首次推导出桁架结构中常用节点附加几何约束方程 ,相应约束 Jacobi矩阵及其导数矩阵 ,采用奇异值分解法求约束 Jacobi矩阵的零空间基和 M- P广义逆 ,并由矩阵缩减法建立了带约束桁架体系的运动力学方程和求解方法。数值算例表明该方法适于可展折叠桁架结构运动力学分析。 展开更多

关键词 几何约束方程 航天 空间展开折叠桁架结构 动力学分析

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空间索杆铰接式伸展臂故障树分析 被引量：2

12

作者 胡明 邓国兵 +3 位作者 陈文华 钱萍 刘东旭 潘骏 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期598-604,共7页

结合空间索杆铰接式伸展臂的应用环境,在分析空间索杆铰接式伸展臂组成和展开原理的基础上,建立以伸展臂展开失效为顶事件的故障树,分别对其进行定性及定量分析,获得各底事件的失效概率、概率重要度和关键度结果,确定引起伸展臂展开失... 结合空间索杆铰接式伸展臂的应用环境,在分析空间索杆铰接式伸展臂组成和展开原理的基础上,建立以伸展臂展开失效为顶事件的故障树,分别对其进行定性及定量分析,获得各底事件的失效概率、概率重要度和关键度结果,确定引起伸展臂展开失效的主要因素.结果表明驱动力不足、角点滚轮卡死、精度失效是影响伸展臂正常展开的主要因素,据此提出了相应的改进措施,为空间索杆铰接式伸展臂的展开可靠性分析提供了依据. 展开更多

关键词 空间索杆铰接式伸展臂 故障树分析 展开可靠性 重要度分析

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周边桁架式可展开天线展开分析与控制 被引量：13

13

作者 齐朝晖 常进官 王刚 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期61-68,共8页

提出了一种模拟周边桁架式可展开天线展开过程的系统化方法。详细考虑了桁架节点单元具体构造,尤其是过线滑轮参数对系统展开过程的影响,通过分析系统关键点和展开角度的运动学关系以及求解空间滑轮的公切线,提出了精确计算天线展开过... 提出了一种模拟周边桁架式可展开天线展开过程的系统化方法。详细考虑了桁架节点单元具体构造,尤其是过线滑轮参数对系统展开过程的影响,通过分析系统关键点和展开角度的运动学关系以及求解空间滑轮的公切线,提出了精确计算天线展开过程中驱动拉绳长度的方法。给出了天线展开速度与电机牵引拉绳的驱动速度之间的关系,通过控制电机牵引拉绳速度来控制天线的展开过程。数值算例校验了方法的可行性,该方法可应用于一般的空间滑轮绳索系统。 展开更多

关键词 周边桁架式可展开天线 展开分析 控制 空间滑轮绳索系统

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空间可展开桁架结构展开过程分析的理论与方法 被引量：15

14

作者 陈务军 关富玲 +1 位作者 董石麟 张京街 《浙江大学学报（自然科学版）》 CSCD 2000年第4期382-387,共6页

以理想桁架节点笛卡尔坐标为未知量 ,全面建立了复杂桁架结构的几何约束方程 ,并推导出相应的几何约束 Jacobi矩阵 ,建立了空间展开桁架结构展开过程分析的理论与方法 ,系统地分析了机构特性 ,阐明了展开过程的力学本质特点 。

关键词 展开过程分析 约束Jacobi矩阵 空间展开桁架结构

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可折叠航天结构展开动力学分析 被引量：4

15

作者 陈务军 关富玲 陈向阳 《计算力学学报》 CAS CSCD 1999年第4期397-402,共6页

以欧拉参数为广义坐标（准坐标），相对角速度和相对移动速度为广义速率，采用Ｋａｎｅ方程的Ｈｕｓｔｏｎ 形式建立多体系统的运动力学方程。由伪上三角分解求约束Ｊａｃｏｂｉ矩阵的正交补阵，约简约束力，从而将运动方程由微分几何... 以欧拉参数为广义坐标（准坐标），相对角速度和相对移动速度为广义速率，采用Ｋａｎｅ方程的Ｈｕｓｔｏｎ 形式建立多体系统的运动力学方程。由伪上三角分解求约束Ｊａｃｏｂｉ矩阵的正交补阵，约简约束力，从而将运动方程由微分几何方程（ＤＡＥ）变为常微分方程（ＯＤＥ），并由Ｇｅａｒ 法对ＯＤＥ积分求出运动历程。最后给出一伸展臂数值分析算例。 展开更多

关键词 可折叠 航天结构 运动学方程 展开动力学分析

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张力补偿计算法在预应力空间网格结构张拉施工中的应用 被引量：30

16

作者 卓新 石川浩一郎 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第4期38-40,45,共4页

提出的张力补偿计算法能计算预应力空间网格结构中索的施工张力控制值 ,同时还能计算结构在张拉施工任一阶段时的杆件内力与节点变位。当采用简单的分组分批张拉施工方法时 ,每批索只要一次张拉到计算所得的施工张力控制值即可 ,当最后... 提出的张力补偿计算法能计算预应力空间网格结构中索的施工张力控制值 ,同时还能计算结构在张拉施工任一阶段时的杆件内力与节点变位。当采用简单的分组分批张拉施工方法时 ,每批索只要一次张拉到计算所得的施工张力控制值即可 ,当最后一批索张拉完毕 ,所有索的实际内力将达到它们各自的张力设计值。这样 ,目前通常所采用的分阶段分组分批张拉 ,逐阶段多次张力调整的施工方法将得以改善 ,张拉工作效率将大幅提高 ,施工成本大幅降低。 展开更多

关键词 空间网格结构 张力补偿计算法 施工全过程力学分析

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拉索预应力空间网格结构的索张力计算及张拉全过程分析 被引量：7

17

作者 贺拥军 周绪红 周佳伟 《自然灾害学报》 CSCD 北大核心 2012年第2期223-229,共7页

实际工程中,对于拉索预应力空间网格结构的索张拉是一个需要反复调整的繁琐过程。对此,提出了一种针对多阶段多批次张拉施工全过程分析的计算方法,用以提高索张拉施工的效率。该法通过不断减小拉索实际张力与目标张力的差值来求解各索... 实际工程中,对于拉索预应力空间网格结构的索张拉是一个需要反复调整的繁琐过程。对此,提出了一种针对多阶段多批次张拉施工全过程分析的计算方法,用以提高索张拉施工的效率。该法通过不断减小拉索实际张力与目标张力的差值来求解各索在张拉过程中应该产生的初始应变,最后只要利用计算结果并按照预定的顺序张拉,便可使所有索只经过一次张拉就能最终达到各自的目标张力值。对一个150 m跨度的拉索预应力球面巨型网格结构进行了计算,并利用计算结果,对结构的杆件内力和最大节点位移进行了张拉全过程跟踪分析。结果表明,在实际工程中采用上述方法进行计算与张拉是切实可行的,另外,在张拉过程中进行跟踪分析十分必要。 展开更多

关键词 预应力空间网格结构 张力 计算方法 张拉全过程分析

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正八面体单元空间伸展臂研究 被引量：1

18

作者 陈务军 关富玲 +1 位作者 陈向阳 裘红妹 《浙江大学学报（自然科学版）》 CSCD 1998年第5期619-627,共9页

空间伸展臂是广泛应用的航天结构．本文分析了正八面体单元伸展臂的构成原理；推导出展开过程的运动轨迹和滑动－转动单元的两种９×９刚度矩阵；建立了在预应力和外载下的受力分析模型．本文中介绍并分析了４４００ｍｍ高馈源支撑... 空间伸展臂是广泛应用的航天结构．本文分析了正八面体单元伸展臂的构成原理；推导出展开过程的运动轨迹和滑动－转动单元的两种９×９刚度矩阵；建立了在预应力和外载下的受力分析模型．本文中介绍并分析了４４００ｍｍ高馈源支撑架结构方案． 展开更多

关键词 空间伸展臂 展开过程分析 航天结构 正八面体

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空间薄膜结构充气展开研究 被引量：6

19

作者 院老虎 康雪 +2 位作者 连冬杉 陈源强 翟柯嘉 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期27-34,共8页

空间薄膜结构可以通过气体驱动其展开,与传统的机械展开方式相比,其展开机构较为简单、发射成本低、且折叠体积小,可以应用在空间柔性结构的展开、废弃卫星的离轨等多领域中。针对空间薄膜结构充气展开方式,在高级有限元前后处理软件(LS... 空间薄膜结构可以通过气体驱动其展开,与传统的机械展开方式相比,其展开机构较为简单、发射成本低、且折叠体积小,可以应用在空间柔性结构的展开、废弃卫星的离轨等多领域中。针对空间薄膜结构充气展开方式,在高级有限元前后处理软件(LS⁃PREPOST)中建立模型并设定4种工况,选定一种工况为标准充气情况,而后将模型输出的K文件导入LS⁃DYNA求解器中,通过改变充气速率、温度和压强来对结构的动力学特性进行仿真分析,可以得到当改变充入气体的温度为750 K时,展开过程较平稳,展开效果良好,更适于工程实际应用。 展开更多

关键词 空间薄膜结构 有限元模型 充气展开 仿真分析 动力学特性

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星载大型可展桁架式薄膜结构在轨热分布特性研究 被引量：11

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作者 王杰 李东旭 +2 位作者 蒋建平 彭福军 房光强 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2014年第S1期9-14,共6页

为满足高清晰、宽幅成像等任务的需求,高分辨率卫星需要带有尺度大、形面精度高的对地观测天线。本文基于控制体积法提出空间环境下热分析的理论,建立了桁架式薄膜结构的温度场分析模型,分析同步轨道下时变空间热流分布和温度场,探讨地... 为满足高清晰、宽幅成像等任务的需求,高分辨率卫星需要带有尺度大、形面精度高的对地观测天线。本文基于控制体积法提出空间环境下热分析的理论,建立了桁架式薄膜结构的温度场分析模型,分析同步轨道下时变空间热流分布和温度场,探讨地球阴影和自阴影对结构温度场的影响。本文提出的分析方法提供了一种预测空间结构温度场的途径,并为结构热控制设计奠定了基础。 展开更多

关键词 空间热流 控制体积法 桁架式薄膜结构

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