弱撞击对接机构捕获过程的传力性能分析

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1、第46卷第3期2014年6月南京航JournalofNanjing空航天大学UniversityofAeronautics报strOnautlcs弱撞击对接机构捕获过程的传力性能分析陈传志聂宏陈金宝王小涛(南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，南京，210016)V01．46No．3Jun．2014摘要：弱撞击对接机构(Lowimpactdockingmechanism，LIDM)的力雅可比矩阵包含了驱动臂与负载传感环力和力矩的传递关系信息。然而，力和力矩具有不同的量纲，将雅可比矩阵分解为两个分别

2、与力和力矩传递相关的子矩阵，在两个子矩阵的基础上，分别推导出力和力矩传递关系的数学模型，并通过计算工作空间内力和力矩传递能力的分布规律，研究LIDM力和力矩的传递性能。分析结果表明，对接机构的结构构型确定后，力和力矩传递性能呈椭球体分布，并随负载传感环沿不同路径移动，呈现不同的规律。研究结果对以LIDM为代表的空间对接机构的结构性能评价及优化具有重要的工程意义。关键词：空间对接；弱撞击对接机构；雅可比矩阵；力传递性能中图分类号：V526文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)03一0451一06

3、AnalysisofForceTransmissibilityPerformanceofLowImpactDockingMechanismDuringCapturingProcessC^已咒C^“盘咒2^f，NfPHo咒g，C^P，2Ji咒6no，Ⅵ亿行gXino￡口o(StateKeyLaboratoryofMechanicsandControlofMechanicalStructures，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，

4、China)Abstract：TheJacobianmatrixofthe10wimpactdockingmechanism(LIDM)containsrelationshipin—formationbetweentheactuatorsandthe10adsensingring’sforcesandtorques．However，forcesandtorqueshavedifferentdimensions．TheJacobianmatrixisdecomposedintotwosub—matrixes，t

5、hatarerelatedtoforceandtorquetransmissionrespectively．Basedonthetwosub—matrixes，themathematicalmodelsofforceandtorquetransmissibilitycanbedeveloped．AndsomemechanicalpropertiesaboutforceandtorquetransmissionofLIDMcanbeanalyzedbycalculatingthedistributi。noffo

6、rceandtorquetransmissibilitywithinworkspace．Theanalysesshowthatthedistributionofforceandtorquetrans—missibilityisellipsoidafterthestructuralconfigurationofdockingmechanismisdetermined，showingdifferentlawswithloadsensingringduringmovingalongdifferentpaths．Fu

7、rther，theresultsofthestudyareimportanttotheperformanceestimationandoptimizationaboutstructuralpropertiesofthedockingmechanismwhichisrepresentedbyLIDM．Keywords：spacedocking；lowimpactdockingmechanism；Jacobianmatrix；forcetransmissibilitype卜formance空间交会对接是现代航天器

8、、载人空间技术及长期轨道运行不可或缺的组成部分。空间交会对接技术是载人飞行的关键技术阻2

9、，是完成空间组装、补给、维修、救援、人员更换、产品回收等各项空间作业的先决条件。自空间对接技术发展以来，对接机构出现了很多结构形式，如锥杆式对接机构、外翻异体同构周边式对接机构、内翻异体同构周边式对接机构、弱撞击对接机构等多种不同构型‘⋯。基金项目：国家自然科学基金(51105196)资助项目；江苏省自然科学基