张伟 刘宏利 郭翔鹰

(北京工业大学机电学院,机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室,北京 100124)

引言

航空航天事业的高速发展对太空空间站、宇航用天线等提出了越来越高的要求.运载技术的限制使得可展结构在空间任务中得到了广泛应用,如太阳帆、太阳能电池阵和空间天线支撑机构等[1].这些结构往往具有尺寸大、重量轻、柔性大、大折叠比的特点,从而也导致机构中含有大量的铰链,在星体进行姿态调整或受到外部扰动时,铰链的摩擦碰撞等非线性特性严重影响了可展结构的支撑定位精度和动态稳定性.在复杂构形航天器中存在着带活动铰连接的机构(简称空间机构),是一种典型的航天多铰接机械系统.由于加工、装配、磨损等原因,大型网架式可展开空间结构中不可避免地有许多含间隙运动副,例如含间隙的圆柱副、移动副及同步啮合齿轮副等.这些运动副间隙可能导致空间结构展开时的非线性振动、磨损以及结构各部分展开不同步等问题.更为严重的情况是可能导致运动副卡死,甚至系统失稳.

大型网架式可展开空间结构的显著特点是存在大量的重复单元,所以在动力学研究的过程中可以通过对单胞性能的研究获得整体结构的属性.国外在上个世纪六七十年代就对运动副的结构进行建模和动力学分析,考虑了摩擦、碰撞等复杂的动力学因素.九十年代左右,麻省理工(MIT)针对大型网架式……