[发明专利]一种用于优化航天器展开机构性能的系统及方法

说明书

一种用于优化航天器展开机构性能的系统及方法，它属于航天器展开机构性能研究领域。本发明解决了目前阶段对航天器展开机构性能的提升效果有限的问题。本发明通过对比不同电缆长度下的电缆附加力矩以及不同绑扎点位置参数下的电缆附加力矩，选取出最佳电缆附加力矩所对应的电缆长度和绑扎点位置参数；根据本发明选取出的绑扎点位置参数和电缆长度进行设计，即可实现对航天器展开机构性能的优化，有效提升航天器展开机构的性能。本发明可以应用于航天器展开机构性能的优化。

技术领域

本发明属于航天器展开机构性能研究领域，具体涉及一种用于优化航天器展开机构性能的系统及方法。

背景技术

航天器展开机构中展开臂采用轻质材料制造，其上固定有各类电缆，电缆所占质量比较大。当展开任务进行时，展开机构在铰链处卷簧作用下解锁-展开-锁定。展开臂在工作状态下进行解锁-展开-锁定动作时，不仅受自身物理特性(如转动惯量)影响，由于电缆线的存在，必定导致展开臂的物理特性发生变化，而电缆作为一个柔性体对展开臂的影响也相当复杂。一方面，展开时铰链处电缆弯曲会产生一个附加阻力矩阻碍机构展开，而展开到位锁定时电缆展开惯性形成的力矩又会成为阻碍锁定的附加驱动力矩；另一方面，由于电缆所占质量比较大，且随电缆绑扎状态的不同，展开臂结构动力学特性即其模态频率、刚度、阻尼均将发生变化，直接影响展开过程时动力学响应。

因此，研究一套能够进行航天展开机构中电缆附加力矩的影响分析方法对提升航天器展开机构的性能十分必要。但是目前并没有针对于电缆绑扎状态对电缆附加力矩影响的研究，导致目前阶段对航天器展开机构性能的提升效果有限。

发明内容

本发明的目的是为解决目前缺少针对于电缆绑扎状态对电缆附加力矩影响的研究，导致目前阶段对航天器展开机构性能的提升效果有限的问题。因此，为了提升航天器展开机构的性能，本发明提出了一种用于优化航天器展开机构性能的系统及方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

基于本发明的一个方面：一种用于优化航天器展开机构性能的系统，所述系统包括支撑平台、悬臂杆、支撑杆、可调支架、展开臂、驱动机构、动态扭矩传感器、第一夹持器和第二夹持器，其中：

所述支撑平台呈水平方向，且在支撑平台的下方设置有支撑杆；

展开臂的一端与支撑平台上的铰链转轴固连，驱动机构与支撑平台上的铰链转轴固连，且在铰链转轴上设置有动态扭矩传感器；

在展开臂的另一端套接有第二夹持器，第二夹持器用于固定电缆的一端；

悬臂杆的一端通过可调支架套接在支撑杆上；在悬臂杆的另一端固定设置有第一夹持器，所述第一夹持器用于固定电缆的另一端。

基于本发明的另一个方面：一种用于优化航天器展开机构性能的方法，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一、模拟展开机构空载展开试验；即在第一夹持器与第二夹持器之间未负载电缆时，进行展开臂的展开试验；

步骤二、固定好电缆位置后，记录第一夹持器的绑扎点位置参数(θ,Z)、第二夹持器的绑扎点位置参数(L,β)以及电缆长度S，在驱动机构的驱动作用下进行展开臂的展开试验；

其中：Z代表水平悬臂杆与支撑平台间的距离，θ代表水平悬臂杆绕竖直支撑杆逆时针转动的角度，L代表第二夹持器到展开臂转动中心的距离，β代表第二夹持器绕展开臂中心轴转动的角度；

步骤三、通过步骤一和步骤二的展开试验，获得电缆附加力矩T随展开臂转动角度的变化曲线；

步骤四、不断改变步骤二中的电缆长度S，而不改变第一夹持器和第二夹持器的绑扎点位置参数，再重复步骤二的试验过程；得到每次展开试验中电缆附加力矩T随展开臂转动角度的变化曲线；