空间大型天线多体动力学分析PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 空间大型可展开天线 3

1.2.1 分类及应用情况 3

1.2.2 展开过程试验 9

1.3 空间大型天线展开故障模式与处理对策 12

1.3.1 在轨展开故障综述 12

1.3.2 展开可靠性保障措施 17

1.3.3 多体动力学与展开故障处理对策 19

1.4 大型空间可展开天线多体动力学 20

1.4.1 周边桁架式网状天线组成和展开原理 20

1.4.2 空间大型天线展开多体动力学研究与软件开发现状 21

1.5 空间大型天线展开多体动力学与故障仿真软件设计原则 28

参考文献 30

第2章 多体系统动力学基础 33

2.1 引言 33

2.2 模化方法 34

2.2.1 物理模型的基本定义 34

2.2.2 多体系统拓扑结构 35

2.2.3 多体系统理想铰链约束处理方法 37

2.2.4 多体系统中驱动机构力学模型和常用铰链摩擦模型 41

2.3 航天器多刚体系统动力学方程 43

2.3.1 多刚体系统运动学方程 43

2.3.2 单刚体动力学方程 45

2.3.3 树状多刚体系统 46

2.3.4 非树状多刚体系统动力学方程 47

2.4 基于有限元离散的柔性多体动力学方程 48

2.4.1 作大范围运动的单柔性体动力学方程 48

2.4.2 基于等参单元描述的平面柔性体动力学方程 52

2.4.3 基于结构单元离散的柔性多体动力学方程 57

2.5 基于模态离散的柔性多体系统动力学方程 60

2.5.1 柔性体模化方法 60

2.5.2 基于模态离散的单柔性体动力学方程 62

2.5.3 铰链的运动学递推关系 66

2.6 索网桁架耦合动力学方程 67

2.6.1 索网动力学建模方法 68

2.6.2 基于绝对坐标方法的索网动力学方程 71

2.7 多体动力学数值算法 75

2.7.1 常微分方程组（ODEs）初值问题数值解法 75

2.7.2 微分代数方程组（DAEs）初值问题数值解法 76

参考文献 78

第3章 空间大型天线展开多体动力学理论模型 80

3.1 空间大型周边桁架式网状天线展开过程及机构设计原则 80

3.1.1 空间大型周边桁架式网状天线展开过程 80

3.1.2 空间大型天线展开机构技术特点及设计原则 81

3.2 天线大小臂展开动力学 84

3.2.1 星载大型天线机构部件坐标系定义 84

3.2.2 大臂展开动力学 85

3.2.3 小臂展开动力学 91

3.2.4 大小臂展开动力学逆问题的求解 94

3.3 反射器展开机构动力学建模 96

3.3.1 反射器展开机构坐标系定义与基本假设 96

3.3.2 反射器传动机构力学模型 97

3.3.3 绳索驱动机构建模 99

3.3.4 调速控制机构力学模型 101

3.3.5 展开到位锁定机构 105

3.3.6 天线展开动力学方程 106

3.3.7 收拢状态构型奇异问题 106

参考文献 110

第4章 空间大型桁架式天线展开过程仿真 111

4.1 星载大型天线支撑臂展开动力学仿真 111

4.1.1 大臂展开过程动力学仿真 111

4.1.2 大臂回转过程动力学仿真 115

4.1.3 小臂展开过程动力学仿真 118

4.2 天线反射器展开动力学 121

4.2.1 输入参数 121

4.2.2 同步齿轮铰链展开动力学仿真 122

4.2.3 反射器在轨展开动力学仿真 123

参考文献 130

第5章 空间大型天线展开故障机理及力学模型 131

5.1 国内外空间机构展开故障情况 131

5.2 空间机构展开故障主要影响因素 133

5.3 天线展开故障模式分析 135

5.3.1 伸展臂展开过程故障模式分析 135

5.3.2 反射器展开过程故障模式分析 136

5.4 反射器展开过程典型故障模式作用机理及力学模型 140

5.4.1 铰链卡滞类型、作用机理及其力学模型 140

5.4.2 展开传动不同步故障模式作用机理和力学模型 143

5.4.3 反射器展开过程中索网缠绕故障机理和动力学建模 147

参考文献 151

第6章 空间大型天线展开故障模式处理对策仿真 152

6.1 桁架铰链卡滞故障处理对策仿真 152

6.1.1 同步齿轮铰链卡滞处理对策仿真 153

6.1.2 T型铰链卡滞处理对策仿真 158

6.1.3 斜杆滑移铰链防卡滞设计建议 160

6.2 桁架传动不同步现象仿真评价与设计建议 161

6.2.1 正常驱动和一侧动力装置损坏情况下反射器传动不同步仿真 161

6.2.2 桁架传动不同步对天线展开可靠性影响分析与设计建议 162

6.3 桁架展开过程中索网缠绕故障仿真分析及设计建议 163

6.3.1 索网与桁架缠绕故障仿真分析 163

6.3.2 反射器张力索网防缠绕设计建议 170

6.4 典型故障模式初步处理对策 171

参考文献 173

第7章 空间大型天线展开多体动力学软件 174

7.1 大型空间天线展开多体动力学与故障对策仿真软件框架结构 174

7.1.1 数据前处理模块 175

7.1.2 动力学仿真模块 177

7.1.3 后处理模块 180

7.2 大型天线展开多体动力学模型参数定义和数据结构 183

7.2.1 系统标志位 183

7.2.2 拓扑构型数组 183

7.2.3 物体类 183

7.2.4 铰类 184

7.2.5 切断铰类 184

7.2.6 约束类 185

7.2.7 外力类 185

7.2.8 力元类 185

7.2.9 绳索滑轮类 185

7.2.10 同步齿轮调速机构类 185

7.2.11 算法参数 185

7.3 软件正确性考核验证 186

7.3.1 前处理模块正确性考核验证 186

7.3.2 动力学仿真模块正确性验证 187

7.4 软件特色功能 190

参考文献 192

第8章 空间大型可展开天线地面试验 193

8.1 引言 193

8.1.1 大型空间机构试验验证 193

8.1.2 大型空间机构微重力试验技术 200

8.2 空间大型周边桁架式天线地面试验技术 208

8.2.1 伸展臂重力补偿条件下展开动力学试验 209

8.2.2 反射器重力补偿条件下展开动力学试验 211

8.3 天线地面展开试验的局限性 213

参考文献 215