空间对接机构差动式缓冲系统动力学建模与仿真

对接技术是空间交会对接的关键技术，是建立大型空间站，进行复杂空间作业的前‘提，是我国载人航天工程实施需要迫切解决的问题。对接机构缓冲系统是对接机构的核心部分，决定着对接过程的动力学特性，对实现两航大器安全可靠的对接起着至关重要的作用。对接机构缓冲系统结构和工作原理复杂，是一个多自由度、多变量、高度非线性、多参数祸合的动力学系统，对其进行研究是对接机构研制的核心工作，具有重要的理论和实践意义。本文针对我国载人航天工程正在研制的周边式对接机构差动式缓冲系统进行了以’一厂研究：建立了对接机构缓冲系统的运动学模型，利用Lagrange方程建．立了差动式缓冲系统动力学模型，该模型综合体现了缓冲系统参数对缓冲特性的影响。同时，为缓冲系统实时动力学仿真模型的建立奠定了理论基础。首次建立了对接机构缓冲系统全真可视化实时动力学仿真模型，将约束的真实传动特性反映到仿真模型中，解决了多体动力学建模时山一于对杆自差织，合中两根丝杠佩的适动特性进行近似相等假设所造成的缓冲系统动态特J性失真问题，实现了非线性强棍合系统的实时动态仿真。 利用快速极坐标搜索法，进行了对接环工作空间的确定，基于模态测试方法提出了缓冲系统等效特性的虚拟试验方案，得到了系统的动静态力学性能参数，实现了对对接机构缓冲系统设计的验证。总结出对接机构的最大行程和缓冲阻尼特性的变化规律，建立了机构最大工作行程与机构传动链参数和缓冲元件结构参数的关系模型、系统等效缓冲阻尼特性与缓冲元件性能参数的关系模型，对缓冲系统的深入研究有很大的理论价值，对对接机构缓冲系统的工程设计具有重要的指导意义。建立了缓冲系统的缓冲力与对接环相应姿态的高阶关系模型，有效地提高了对接过程动力学仿真的精度。对接机构缓冲系统的动力学建模与仿真，对空间对接技术的研究，载．人航天一L程的顺利实施具有重要意义。对对接机构的研制具有很人的指导意义，为对接过程动力学研究和对接机构的深入设计奠定了坚实的基础。本文的研究结果，己在上海航天局八0五所对接机构的研制中得到了应用。