基于蠼螋后翅折展机理的空间展开机构设计及其折展性能研究

摘要

空间可展太阳帆板是航天器主要的供电设备，发射前收拢固定于运载工具的有效载荷舱内，入轨后受控展开并获得较大的工作面。本文基于革翅目昆虫蠼螋中翅机构设计了一种展开形式新颖的空间可展机构，并将此机构应用在太阳帆板的展开上。主要工作包括： 1.研究了蠼螋后翅的形态学特征和展开机理，探究了中翅机构在后翅折展过程中所起到的作用。进一步的，将中翅机构抽象为空间四杆机构并转化为厚板折叠机构。 2.基于全新的厚板折纸理论模型，解决了厚板展开过程中的相互干涉问题并设计了一种新型厚面板折叠机构。 3.利用ADAMS软件对太阳帆板刚柔耦合模型进行了仿真，分析了太阳帆板在展开过程中的运动特性。仿真结果揭示了太阳帆板展开的振动情况，为帆板后期的结构优化提供了参考。 4.使用有限元软件ANSYS分析了太阳帆板模型在展开收拢两种状态下的模态特性，得到了其固有频率和模态振型，其展开一阶频率为23.43HZ，大于设计值0.3HZ，因此可以避免与星体发生共振。 5.制作了可展太阳帆板样机，并对帆板进行了振动测试实验，结果表明实验值与仿真结果差距较小，结果可信。最后，对现有的地面微重力模拟平台进行了比较，设计了一种适合此展开机构的地面微重力模拟实验方案，并进行了太阳帆板样机的展开性能测试，测试结果表明帆板展开效果良好。

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