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盘绕式伸展臂展开模式的力学原理

北京航空航天大学学报 2013年第9期39卷 1168-1173页

作者：韩建斌王新升马海波北京航空航天大学宇航学院北京100191

盘绕式伸展臂是一种空间伸展臂,可用于太阳电池阵、太阳帆、探测臂等空间伸展机构.它有2种展开模式:逐层展开和螺旋展开.以三角形横框铰接盘绕式伸展臂为对象,分析了以逐层展开模式伸展的原理.首先,由于斜拉索不可伸长,导致横杆在伸展... 详细信息

盘绕式伸展臂是一种空间伸展臂,可用于太阳电池阵、太阳帆、探测臂等空间伸展机构.它有2种展开模式:逐层展开和螺旋展开.以三角形横框铰接盘绕式伸展臂为对象,分析了以逐层展开模式伸展的原理.首先,由于斜拉索不可伸长,导致横杆在伸展臂变形过程中会发生弯曲,并有一个最大弯曲形态.通过在***中建立盘绕式伸展臂模型进行仿真计算,可以得到横杆刚度对伸展臂展开过程的影响.以此工作为基础,提出判据:纵杆对第2层横杆的压缩能力和横杆的抗弯能力决定了伸展臂的展开模式,利用相关仿真模型,对这一结论进行了验证.最后,用弹性细杆的Kirchhoff动力学研究了纵杆变形,得到了伸展臂构型参数和展开模式之间的规律.该结果可以作为盘绕式伸展臂设计阶段的参考.

关键词：盘绕式伸展臂展开模式逐层展开

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盘绕式伸展臂非线性振动力学分析

振动与冲击 2018年第10期37卷 80-86,109页

作者：樊鹏玄陈务军张祎贝赵兵上海交通大学空间结构研究中心上海200240

盘绕式伸展臂非线性振动特性决定加劲索的预应力取值及航天器的振动控制,采用几何精确理论与屈曲分析理论推导出静力条件下加劲索预应力取值范围,在此范围对盘绕臂的非线性振动进行计算。针对小幅非线性振动,考虑加劲索预应力的加载作... 详细信息

盘绕式伸展臂非线性振动特性决定加劲索的预应力取值及航天器的振动控制,采用几何精确理论与屈曲分析理论推导出静力条件下加劲索预应力取值范围,在此范围对盘绕臂的非线性振动进行计算。针对小幅非线性振动,考虑加劲索预应力的加载作用引发P-Δ效应的影响,采用特征值迭代法求解不同预应力下模态及频率,得到使盘绕臂自振频率最大的预应力值,总结出设计用的加劲索"频率-预应力-直径"参考面。针对大幅非线性振动,采用动力时程信号处理法,基于显式动力学积分获取盘绕臂大幅振动时程信号,结合快速傅氏变换(FFT)和随机子空间(SSI/data)两种方法,基于MATLAB平台编制时程信号处理程序,用于提取大幅振动的频率及模态。在动力时程信号中发现加劲索在大幅振动中的高频交替张弛使盘绕臂能量分布迅速达到动态平衡,从而使盘绕臂振幅迅速衰减。最后制作盘绕臂模型进行模态试验,测试的结果与计算结果基本吻合。

关键词：盘绕式伸展臂非线性振动频率提取模态识别

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考虑斜拉索松弛的盘绕式伸展臂振动模型

北京航空航天大学学报 2014年第7期40卷 970-977页

作者：韩建斌黄海马海波北京航空航天大学宇航学院北京100191

盘绕式伸展臂展开后,由于预紧力的作用,横杆被压缩至弯曲状态,同时斜拉索张紧.振动幅度较大时,斜拉索会松弛.以建立一种可以描述上述情况下盘绕式伸展臂基频特性的模型为目的,针对弯曲横杆及可松弛斜拉索做了如下处理,用较小的弹性模量... 详细信息

盘绕式伸展臂展开后,由于预紧力的作用,横杆被压缩至弯曲状态,同时斜拉索张紧.振动幅度较大时,斜拉索会松弛.以建立一种可以描述上述情况下盘绕式伸展臂基频特性的模型为目的,针对弯曲横杆及可松弛斜拉索做了如下处理,用较小的弹性模量及相应的预应变来模拟横杆受压弯曲后刚度较小,并具有预应力的特点;用一根可拉压杆模拟两根交替松弛的斜拉索.按照上述思想将松弛前后的盘绕式伸展臂作为两种结构,分别在Ansys中建立模型,计算得到这两种结构的基频.之后将伸展臂等效为满足分段线性刚度特性的连续梁模型,其分段刚度对应斜拉索松弛前后两种结构.结合有限元模型得到的斜拉索松弛判据,建立振幅较大时盘绕式伸展臂的振动方程.使用等价线性化方法,得到盘绕式伸展臂等效频率随端部振幅的变化关系,并用Ansys的瞬态分析对上述等效频率结果进行了仿真验证.上述模型及结果可以作为盘绕式伸展臂的设计指导及振动控制的理论基础.

关键词：盘绕式伸展臂斜拉索松弛分段线性基频

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盘绕式伸展臂初步设计与分析

载人航天 2012年第2期18卷 45-48,74页

作者：张伟于潇中国空间技术研究院载人航天总体部北京100094

简要介绍盘绕式伸展臂的组成,并对三种展开控制方式进行对比分析。分析伸展臂构型设计,包括纵杆数目、横架形状、连接方式和材料选取原则等,由此得出伸展臂关键设计参数间关系的计算公式。通过推导力学模型,得出伸展臂展开状态力学特性... 详细信息

简要介绍盘绕式伸展臂的组成,并对三种展开控制方式进行对比分析。分析伸展臂构型设计,包括纵杆数目、横架形状、连接方式和材料选取原则等,由此得出伸展臂关键设计参数间关系的计算公式。通过推导力学模型,得出伸展臂展开状态力学特性的计算公式。

关键词：盘绕式伸展臂构型设计设计参数力学特性

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空间盘绕式伸展臂对接冲击分析与抑振研究

空间盘绕式伸展臂对接冲击分析与抑振研究

亚太大学生小卫星SSS-1系统设计与在轨试验

第十五届全国振动理论及应用学术会议（NVTA2023）

作者：彭思淇罗敏张慧博姚金铭赵阳

空间盘绕式伸展臂应用于目标捕获时,其柔性收展结构在接触碰撞过程中形成交替张弛现象,造成的非线性振动影响捕获效率。通过建立空间盘绕式伸展臂-加劲钢索刚柔耦合动力学模型,分析了目标捕获过程中盘绕臂伸展、弯曲、扭转的动态响应,... 详细信息

空间盘绕式伸展臂应用于目标捕获时,其柔性收展结构在接触碰撞过程中形成交替张弛现象,造成的非线性振动影响捕获效率。通过建立空间盘绕式伸展臂-加劲钢索刚柔耦合动力学模型,分析了目标捕获过程中盘绕臂伸展、弯曲、扭转的动态响应,得到了加劲钢索张弛特性。提出一种基于刚度调控的盘绕式伸展臂抑振法,根据刚柔耦合模型动力学响应和张弛规律设计加劲钢索回收和释放控制策略,进而通过盘绕臂系统刚度的动态调控,实现了盘绕臂的振动衰减。开展双漂浮基目标捕获地面验证试验,结果表明,本文盘绕式伸展臂-加劲钢索刚柔耦合动力学模型动态响应准确,通过加劲钢索的张弛控制能够大幅减少目标捕获后组合体的系统振动,进而验证了基于动态刚度调控的盘绕式伸展臂抑振法的可行性和有效性。

关键词：盘绕式伸展臂动力学分析振动抑制对接冲击

来源： cnki会议评论

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航空学报 2022年第10期43卷 261-271页

作者：黄海赵旭瑞孙亮陈珅艳北京航空航天大学宇航学院北京100191

亚太大学生小卫星SSS-1于2021年10月14日搭载长征二号丁(LM-2D)运载火箭从太原卫星发射中心(TSLC)发射入轨,本文就该卫星的项目背景、空间任务等进行了介绍,并给出了SSS-1卫星的有效载荷配置和平台系统设计,包括结构、热控(TCS)、姿控(A... 详细信息

亚太大学生小卫星SSS-1于2021年10月14日搭载长征二号丁(LM-2D)运载火箭从太原卫星发射中心(TSLC)发射入轨,本文就该卫星的项目背景、空间任务等进行了介绍,并给出了SSS-1卫星的有效载荷配置和平台系统设计,包括结构、热控(TCS)、姿控(ADCS)、星务(OBDH)、电源(EPS)和测控(TT&C)等6个典型分系统。卫星入轨迄今已超过半年,对该卫星的在轨运行情况和空间试验任务执行情况进行了描述,给出了卫星平台健康状态、盘绕式伸展臂展开、遥感相机成像等在轨相关数据/图像,从而说明和验证了卫星设计和研发的成功性。

关键词：小卫星 SSS-1 系统设计盘绕式伸展臂在轨试验

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盘绕式空间伸展臂力学行为研究

盘绕式空间伸展臂力学行为研究

作者：张金龙上海交通大学

学位级别：硕士

盘绕式伸展臂是空间可展桁架体系的基本形式之一，是空间伸展臂的应用形式之一,是研究开发大型空间可展结构的基础。在地面上，盘绕式伸展臂连续纵杆发生弹性屈曲，并按螺旋方式盘绕存储应变能，展开状态下弹性应变能逐渐释放，伸展臂... 详细信息

盘绕式伸展臂是空间可展桁架体系的基本形式之一，是空间伸展臂的应用形式之一,是研究开发大型空间可展结构的基础。在地面上，盘绕式伸展臂连续纵杆发生弹性屈曲，并按螺旋方式盘绕存储应变能，展开状态下弹性应变能逐渐释放，伸展臂展开直至最终的稳定工作状态。因其具有构造简单、质量轻便、可靠性高、收纳率高等特点，已经得到国内外广泛的关注与研究。本文围绕盘绕式空间伸展臂的盘绕过程进行力学性能分析和试验研究，主要内容包括连续纵杆空间状态的理论研究、连续纵杆大转角大变形纯弯曲试验、单根纵杆盘绕分析、盘绕式伸展臂整体盘绕分析和支撑边框的部件和整体模态分析。首先，根据盘绕式空间伸展臂连续纵杆在盘绕过程中的形态，引入一定的假设，运用弹性细杆非线性力学的理论，求解了平面内纯弯曲和空间螺旋线两种典型形态，得到了维持平衡的条件及外力与变形之间的关系。其次，为研究纵杆弯曲行为，研制了大转角大变形纯弯曲试验机构，并对玻璃纤维增强材料的构件进行了试验。试验得到了试验材料弯曲性能参数和几何限制，同时还发现了试件破坏的方式和特点，可以对节点设计给出一定参考。再次，采用非线性静力法，对单节距单根纵杆进行初步盘绕分析，并对比盘绕方法和策略。然后以盘绕式伸展臂整体为研究对象，设计两种不同盘绕方法，并进行了结果对比，得到了盘绕式伸展臂整体盘绕的力学行为及几何特点。最后，对支撑边框的部件进行了模态分析，并研究了设计参数对部件自振频率及模态的影响。然后针对两种不同几何尺寸的支撑边框整体进行了模态分析，得到了整体结构的振动频率及模态。

关键词：盘绕式伸展臂连续纵杆大转角/大变形纯弯曲试验盘绕过程非线性静力法模态分析