对称式大口径高精度构架折展天线机构创新设计与展开动力学特性研究
批准号:
52075467
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
赵永生
依托单位:
学科分类:
机器人与机构学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵永生
中文摘要
构架折展天线作为大口径、高精度天线的重要实现手段,在国内外已获得了多次在轨应用,它是由一定数量的折展基本单元机构组成的多自由度多输出复杂空间多环耦合机构,其设计研究难度大。目前能够组网形成构架天线抛物反射面的折展基本单元机构甚少,且它们尚存在展开率低、形面精度不高、自由度与关节数目多以及结构对称性差等问题,特别是若要组网形成更大口径(10米以上)的构架天线,展开可靠性将大大降低。因此,本项目拟探索关节少且对称性好的构架折展天线机构创新设计方法,研究基于冗余驱动位置与数量优化设计的展开可靠性分析理论,研究综合考虑天线实际特性的构架折展天线机构刚柔耦合多体动力学建模方法,分析驱动扭簧刚度,关节接触刚度、摩擦、阻尼,及卸载力等因素对展开动力学特性的影响机理,为折展天线的进一步优化设计以提高其展开可靠性提供重要依据。相关成果为我国更大口径、更高精度构架折展天线的研制、应用提供理论参考与技术储备。
英文摘要
As an important means to realize large-aperture and high-precision antenna, truss deployable antenna has been applied in orbit for many times around the world. The truss deployable antenna is composed of a certain number of deployable basic unit mechanisms, and it contains multiple degrees of freedom, multiple outputs, many complex spatial loops that are highly coupled, thus its design and research are quite difficult. At present, there are few basic units that can form parabolic reflector of the truss antenna, and they still have problems such as low folding rate, low profile accuracy, too many degrees of freedom and joints, and poor structural symmetry. Especially, if the truss antenna with larger aperture (more than 10 meters) is to be formed, the deployment reliability will be greatly reduced. Therefore, this project intends to explore the innovative design method of truss deployable antenna mechanism with few joints and good symmetry, study the theory of deployment reliability analysis based on the location and quantity optimization of redundant actuations, and analyze the method of establishing the rigid-flexible coupling multibody dynamic models of truss deployable antenna mechanism, considering of the actual characteristics of the antenna comprehensively. Moreover, investigate the influence principle of the stiffness of driving torsion spring, contact stiffness, friction, and damping of joint, unloading force and other factors on the unfolding dynamics characteristic, which will provide an important basis for further optimization design of deployable antenna to improve its deployment reliability. The research results will provide a theoretical reference and technical reserves for the development and application of the truss deployable antenna with larger aperture and higher precision in our country.
构架折展天线作为大口径、高精度天线的重要实现手段,在国内外已经获得了多次在轨应用,它是由一定数量的折展基本单元机构组成的多自由度多输出复杂空间多环耦合机构,其设计研究难度大。近年来,国内外学者对各类构架折展天线基本单元机构进行了型综合与分析,其中大部分基本单元机构不能展开形成抛物面等复杂曲面,不适用于抛物反射面折展天线。目前能够组网形成构架天线抛物反射面的折展基本单元机构甚少,且它们尚存在一下不足:1)基本单元机构的构型比较复杂、自由度与运动副数目较多;2)基本单元机构的构型不具有对称性,即基本单元机构内杆件长度不一,运动副轴线关系相对复杂。以上不足,将随着天线口径的增加会对天线的展开可靠性和口径的可拓展性等产生很大影响。无法满足大口径、高精度的发展需求。特别是若要组网形成更大口径(10米以上)的构架天线,展开可靠性将大大降低。因此,本项目拟采用以对称曲面等规则几何单元作为最小单元的形面划分方法,探索关节少且对称性好的构架折展天线机构创新设计方法,设计出适合于大口径高精度抛物反射面构架天线的高展开率少关节对称式折展支撑机构;研究基于冗余驱动位置与数量优化设计的展开可靠性分析理论,建立各驱动扭簧刚度与各节点位移、速度之间的解析关系式;分析驱动力与输出位移、支链刚度之间的数学联系,建立冗余驱动过约束可展天线机构的动力学方程;开展地面展开实验卸载方法研究,研制少关节对称式构架折展天线机构样机,进行运动与动力学特性测试。通过上述研究,本项目构建了以对称规则曲面为基本几何单元的抛物面形面划分方法,建立了对以对称式组合单元作为基础的模块化大型可展天线机构创新设计方法,发明了系列基于节点不等高四面体和五面体单元的单自由度构架可展天线机构,建立了展开过程运动学与动力学方程,获得了展开过程运动与动力学性能。研究成果为我国更大口径、更高精度构架折展天线的研制、应用提供理论参考与技术储备。
被动输入过约束空间多环耦合构架式航天可展天线机构关键技术研究
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批准号:51675458
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2016
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负责人:赵永生
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依托单位:
弹性变形条件下过约束并联机构的受力分析与动力协调研究
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批准号:51275439
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:赵永生
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依托单位:
基于任务模型的整体预紧双层并联式六维力传感器的设计理论及实验研究
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批准号:50975245
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项目类别:面上项目
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资助金额:35.0万元
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批准年份:2009
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负责人:赵永生
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依托单位:
大量程超静定并联式六维力/力矩传感器基础理论与实验研究
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批准号:50575192
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项目类别:面上项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2005
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负责人:赵永生
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依托单位:
国内基金
海外基金