固面折展式太阳能聚束器设计与分析

【摘要】：固面折叠展开式太阳能聚束器是一类新型的空间能源技术,具有形面精度高、刚度高的特点。空间热推进是近年来出现的新型航天器推进技术,该项技术通过聚集太阳直射辐照能,产生高密度的辐射能,将辐射能转化为推进力,主要应用于空间太阳能热推进、飞行器空间调姿等领域。另外,固面折叠展开式太阳能聚束器的折展原理可以用于研制固面折展天线,在星球资源探测、气象预警和军事通信等多个领域,具有很重要的应用价值。首先,本文对固面折展式太阳能聚束器进行了构型设计,即提出了基本可展模块Twin-Bennett机构的几何约束条件,并推导出了Twin-Bennett机构的运动环路方程,证明了该机构的单自由度,并对多单元装配进行研究,不仅证明了装配的单自由度,而且完成了聚束器的构型设计和机构运动简图,还从数值解和仿真两个角度对装配后的机构进行了运动学特性分析。然后,完成了固面折展式太阳能聚束器的参数设计,即基于收拢性能初步确定了曲面切割方案,采用了三段式的方案对其修改,提出了一种基于盘面运动轨迹分析盘面干涉的方法,最终确定盘面边线的方程。另外,本文还对聚束器进行了详细的结构设计,包括铰链、传动机构、机架等部分的结构设计。对于传动机构和聚束器盘面形成的组合机构,在匀速电机约束下,进行了运动学分析,分步求解得到了盘面的运动过程中的参数。最后,完成了无电机限速时聚束器一个单元的动力学分析,完成了动力学建模和动力学方程的推导。同时,完成了聚束器的样机研制,给出了各部分组件的装配顺序,得到了聚束器的收拢状态下的装配体;完成了展开功能试验和型面精度测量试验,验证了聚束器的折展原理与结构设计的正确性,测量展开精度误差,其盘面周向型面精度为0.1mm~0.2mm,径向型面精度误差在5%以内。 【关键词】：固面折展 太阳能聚束器 Twin-Bennett机构与构型设计 运动学与动力学分析 实验验证
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V439.6
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 课题来源及研究的目的与意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 研究的目的与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-20
• 1.2.1 技术发展现状10-19
• 1.2.2 国内外相关设计理论研究现状19-20
• 1.2.3 国内外研究现状综述20
• 1.3 本课题的主要研究内容20-22
• 第2章 固面折展式太阳能聚束器构型设计22-37
• 2.1 引言22-23
• 2.2 机构设计模型构建23-24
• 2.3 基本可展模块的设计24-29
• 2.4 一类基于Twin-Bennett机构的装配29-32
• 2.5 Twin-Bennett机构多单元装配运动特性分析32-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 固面折展式太阳能聚束器结构参数设计37-52
• 3.1 引言37
• 3.2 外圆包络分割方案及其对收拢性能的影响37-42
• 3.3 外圆包络方案的干涉问题和分析方法42-51
• 3.3.1 外包络圆方案的干涉问题与解决方案42-43
• 3.3.2 盘面结构参数对展开过程的影响43-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 固面折展式聚束器结构设计和运动学分析52-72
• 4.1 引言52
• 4.2 固面折展式太阳能聚束器结构设计52-62
• 4.2.1 总体方案设计52-53
• 4.2.2 固面折展式太阳能聚束器具体结构设计53-62
• 4.3 折展过程运动学分析62-71
• 4.3.1 平面四杆机构运动学分析63-69
• 4.3.2 聚束器盘面运动学分析69-71
• 4.4 本章小结71-72
• 第5章 固面折展式聚束器动力学分析和样机研制72-85
• 5.1 引言72
• 5.2 固面折展式太阳能聚束器动力学分析72-77
• 5.2.1 动力学方程的建立72-76
• 5.2.2 动力学方程的数值解76-77
• 5.3 固面折展式太阳能聚束器样机研制与试验77-84
• 5.3.1 聚束器样机研制78-80
• 5.3.2 聚束器展开试验80-81
• 5.3.3 聚束器型面精度测量试验81-84
• 5.4 本章小结84-85
• 结论85-87
• 参考文献87-91
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果91-93
• 致谢93

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