文档介绍：哈尔滨工程大学
硕士学位论文
航天器空间对接中的结构动力可靠度分析
姓名:张超
申请学位级别:硕士
专业:工程力学
指导教师:安伟光
2012-03
摘要航天器空间对接过程中,两航天器相对速度和接触作用点存在着较为明显的不确定性。尤其在当目标航天器与追踪航天器之间存在较大的相对接触速度,且处于相对不利的接触位置时,对接机构产生的接触碰撞力有可能对结构性能影响较大,过大的碰撞接触力将造成结构强度的破坏。因此,在航天器空间对接过程中,开展结构的动力学分析和可靠性研究具有重要的意义。本文的内容主要包括以下几个方面,即采用接触碰撞动力学有限元理论,模拟空间对接中两航天器对接机构的受力过程。将主动捕获环设为目标器,被动捕获环设为追踪器,给出两航天器接触碰撞时的结构动力方程。结合ǎ玫皆诿扛鍪蔽实闵系枷虬甑奈灰葡煊陀αο煊Α同时,考虑到空间对接中接触碰撞作用点的随机性,采用两次网格划分的方式,给出导致对接结构破坏概率最大的接触作用点位置。针对接触碰撞问题,开展对结构随机响应的理论分析。基于ǎ⒔合展开随机有限元理论,对两航天器空间对接中随机结构响应的数理统计问题进行了理论推导,从而给出了在随机动载荷的作用下,随机结构响应的均值和方差。将航天器空间对接机构中存在的物理参数与首次接触碰撞作用力同时作为随机变量,不仅考虑到导向瓣和捕获环结构存在着材料参数的不确定性绲阅A亢兔芏等铱悸堑娇占涠越又凶饔迷睾傻牟蝗范ㄐ浴=岷匣贜法的展开随机有限元理论,给出航天器空间对接在首次接触碰撞中,随机导向瓣结构响应的均值和方差。采用首次超越理论,得到窄间交会对接中随机导向瓣结构的动力可靠度。最后讨论了航天器空间对接中各随机变量对结构动力可靠度的贡献,以及不同变异系数对该随机结构动力可靠度的影响。关键词:航天器交会对接;接触碰撞;随机结构;ǎ籘箍K婊邢拊#首次超越理论;动力可靠度航天器空间对接中的结构动力可靠度分析一
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第滦髀论文研究的背景和意义在人类的航天史中,交会对接技术的应用至关重要。作为现代复杂航天器在长期轨道运行期间必不可少的操作活动,航天器交会对接已成为完成空间补给、回收、装配等高级空间操作任务的先决条件‘卜。在年,美国完成了交会对接,这也是人类历史上的开创之举。在此以后,交会对接技术的发展较为快速。目前,随着人类科技的高速发展,航天器的在轨对接次数也逐年增长,最终拥有大约啻蔚亩越映晒A礁龊天器在空间领域实现交会对接是一项十分艰巨且复杂的高科技航天技术,其涉及到航天器的姿态控制技术、航天器的轨道控制技术等方面。在预定的轨道位置上以及在预定的时间内,两个或者多个航天器相互会合,并且在结构上相互连接,成为一个整体的过程,为了实现载人航天技术,使得航天员在两飞行器中穿行并完成规定的操作任务,交会对接技术应运而生。.利用空间站和飞船之间的对接,前苏联航天员完成了两个航天器之间的穿梭作业。利用“阿波罗”与登月舱之间的对接,使美国宇航员得以进入飞船。此后,由于人类的航天需求不断扩大,科技水平的显著提高,故而航天器空间对接技术在航天器空间交会对接中,涉及到被动飞行器和主动飞行器。其中,带有缓冲装置的主动捕获环位于主动飞行器中。而在被动飞行器中,捕获环固结在飞行器上。通常,前者又称为目标航天器,而后者称为追踪航天器。对于航天器空间对接过程的初始点,一般是以主动飞行器的入轨点或者起飞点来衡量。在空间交会对接中,通常将载人空间站定为目标飞行器,处于较为稳定的轨道范围,而将航天飞机、载人飞船等定为追踪飞行器,从而完成轨道的机动飞行,实现相对空间站的逐渐逼急、停靠,直至相互成功对接的最终目的,此时空间站只是起到了配合的作用。然而,对于大型的复杂空间站而言,在对接的过程中需要具备主动空间对接的全部功能。在通常意义上,由于考虑到在空间任务中存在多个飞行器共同作业的可能,故对于航天器交会对接技术的攻关研究是十分必要的。目前,世界不少国家已经开始了自身的交会对接技术研究,并将其视为其空间资金。并且,由于空间中可能存在一些较为大型的结构,一次发射任务并不能满足其需要,结构的装配与对接技术应运而生,并越发显得尤为重要。目前,已经成功完成空间称作航天器的交会对接。得到了更大的延伸和发展。领域的重要研究目标。采用空间交会对接技术,美国已经成功的回收了两颗通信卫星,从而节省了大量的
国内外航天器空间对接技术发展现状装配作业任务的例子有很多,最具有影响力的可谓是“和平号”空间站。其由六个模块世纪年代,中央专委就对我国的航天事业做出了重要的批示,并提出了三步走的战略。我国的神州五号载人飞船以及神州六号的发射任务都取得了圆满的成功。并且,在神州六号的