[發明專利]一種用于優化航天器展開機構性能的系統及方法

有效

• 申請號: 202010373559.4
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN111591468B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 劉天喜;黃意新;安德孝;趙陽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22;B64G7/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張換男

一種用于優化航天器展開機構性能的系統及方法，它屬于航天器展開機構性能研究領域。本發明解決了目前階段對航天器展開機構性能的提升效果有限的問題。本發明通過對比不同電纜長度下的電纜附加力矩以及不同綁扎點位置參數下的電纜附加力矩，選取出最佳電纜附加力矩所對應的電纜長度和綁扎點位置參數；根據本發明選取出的綁扎點位置參數和電纜長度進行設計，即可實現對航天器展開機構性能的優化，有效提升航天器展開機構的性能。本發明可以應用于航天器展開機構性能的優化。

技術領域

本發明屬于航天器展開機構性能研究領域，具體涉及一種用于優化航天器展開機構性能的系統及方法。

背景技術

航天器展開機構中展開臂采用輕質材料制造，其上固定有各類電纜，電纜所占質量比較大。當展開任務進行時，展開機構在鉸鏈處卷簧作用下解鎖-展開-鎖定。展開臂在工作狀態下進行解鎖-展開-鎖定動作時，不僅受自身物理特性(如轉動慣量)影響，由于電纜線的存在，必定導致展開臂的物理特性發生變化，而電纜作為一個柔性體對展開臂的影響也相當復雜。一方面，展開時鉸鏈處電纜彎曲會產生一個附加阻力矩阻礙機構展開，而展開到位鎖定時電纜展開慣性形成的力矩又會成為阻礙鎖定的附加驅動力矩；另一方面，由于電纜所占質量比較大，且隨電纜綁扎狀態的不同，展開臂結構動力學特性即其模態頻率、剛度、阻尼均將發生變化，直接影響展開過程時動力學響應。

因此，研究一套能夠進行航天展開機構中電纜附加力矩的影響分析方法對提升航天器展開機構的性能十分必要。但是目前并沒有針對于電纜綁扎狀態對電纜附加力矩影響的研究，導致目前階段對航天器展開機構性能的提升效果有限。

發明內容

本發明的目的是為解決目前缺少針對于電纜綁扎狀態對電纜附加力矩影響的研究，導致目前階段對航天器展開機構性能的提升效果有限的問題。因此，為了提升航天器展開機構的性能，本發明提出了一種用于優化航天器展開機構性能的系統及方法。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：

基于本發明的一個方面：一種用于優化航天器展開機構性能的系統，所述系統包括支撐平臺、懸臂桿、支撐桿、可調支架、展開臂、驅動機構、動態扭矩傳感器、第一夾持器和第二夾持器，其中：

所述支撐平臺呈水平方向，且在支撐平臺的下方設置有支撐桿；

展開臂的一端與支撐平臺上的鉸鏈轉軸固連，驅動機構與支撐平臺上的鉸鏈轉軸固連，且在鉸鏈轉軸上設置有動態扭矩傳感器；

在展開臂的另一端套接有第二夾持器，第二夾持器用于固定電纜的一端；

懸臂桿的一端通過可調支架套接在支撐桿上；在懸臂桿的另一端固定設置有第一夾持器，所述第一夾持器用于固定電纜的另一端。

基于本發明的另一個方面：一種用于優化航天器展開機構性能的方法，所述方法具體包括以下步驟：

步驟一、模擬展開機構空載展開試驗；即在第一夾持器與第二夾持器之間未負載電纜時，進行展開臂的展開試驗；

步驟二、固定好電纜位置后，記錄第一夾持器的綁扎點位置參數(θ,Z)、第二夾持器的綁扎點位置參數(L,β)以及電纜長度S，在驅動機構的驅動作用下進行展開臂的展開試驗；

其中：Z代表水平懸臂桿與支撐平臺間的距離，θ代表水平懸臂桿繞豎直支撐桿逆時針轉動的角度，L代表第二夾持器到展開臂轉動中心的距離，β代表第二夾持器繞展開臂中心軸轉動的角度；

步驟三、通過步驟一和步驟二的展開試驗，獲得電纜附加力矩T隨展開臂轉動角度的變化曲線；

步驟四、不斷改變步驟二中的電纜長度S，而不改變第一夾持器和第二夾持器的綁扎點位置參數，再重復步驟二的試驗過程；得到每次展開試驗中電纜附加力矩T隨展開臂轉動角度的變化曲線；