空间柔性机构运动可靠性分析
张建国 苏 多(北京航空航天大学工程系统工程系, 北京100083)
摘 要: 根据空间柔性机构运动可靠性的特点,利用浮动坐标系和模态柔性建立了柔性机构动力学微分方程, 并给出其迭代算法的数值求解方法. 研究了柔性机构运动可靠性分析仿真方法,包括一次二阶矩法和高效响应面法,特别是针对空间柔性机构运动可靠性的特点,分析了以上方法的适用性. 最后,应用ADAMS 软件中柔性多体动力学建模、分析和仿真功能,并结合自主开发软件工具序列响应面法SRSM(Sequence Response Surfance Method) ,成功地对某空间展开机构的运动可靠性进行了分析仿真.
关 键 词: 机构; 空间应用; 柔性结构; 可靠性
中图分类号: TB 114. 3
文献标识码: A 文章编号: 100125965 (2006) 0120121204
Reliability of space flexible mechanisms
Abstract : The dynamics differential equations of flexible kinetic mechanisms were established on the basis of
using the floating coordinate system and mode flexibility according to the kinetic reliability characters of the flexible bodies on space applications. The integral and iteration algorithm was applied in the solving of dynamics equations. The reliability analysis and simulation methods of kinetic mechanisms were studied , which included the first order second2moment method and the hi2efficient response surface method. Especially , the applicability of this method on the space flexible mechanism kinetic reliability was analyzed. The kinetic reliability analysis and simulation were successfully provided to the deployable space mechanisms on the basis of flexible multi2body dynamic modeling , using ADAMS and self2developed software S RSM (sequence response surface method) .
Key words : mechanisms ; space applications ; flexible structures ; reliability
现代空间技术的发展特点是装有各类大型可伸展柔性附件,内外结构和机构多[1 ] ,并且其寿命、精度和可靠性要求高. 结构和机构的柔性效应对机构动力学性态的影响越来越得到重视,随着现代空间技术的发展,空间飞行器上配备有轻质、大尺寸的太阳能电池帆板和大型天线,当它们在轨展开时,会产生很大的变形与振动,对飞行器本体的姿态稳定性和可控性造成很大的影响,这些是空间机构、结构可靠性设计必须考虑的[2 ] .
空间柔性机构的大变形使其在动力学仿真中的数值计算非常困难,这主要因为描述浮动坐标系的刚体坐标是慢变大幅值的变量,而描述相对于浮动系弹性变形的坐标却是快变微幅值的变量,两类变量同时出现在严重的非线性与时变的耦合动力学方程中,其数值计算将呈病态.
以上难点在柔性机构动力学概率分析中更加突出,这是因为概率分析仿真比确定性分析仿真的计算量大很多. 本文给出的解决途径是:首先对现有柔性系统动力学的数值解法进行评价,考察它们能否稳定地处理各种典型柔性机构动力学现象,然后找出能提高仿真精度、效率与稳定性的数值计算模型和方法;最后将高精度稳定的方法与概率分析的多种方法相结合,如一次二阶矩、响应面法RSM(Response Surface Method) ,提出空间柔性机构动力学概率分析的方案.
1 柔性机构运动学分析
2 柔性机构动力学分析
3 工程实例应用
