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飛行器對接模擬裝置液壓系統畢業設計論文

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更新時間：2018-07-29
發布人：wfjsh

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飛行器對接模擬裝置液壓系統畢業設計論文，Word文檔。自20世紀下半葉以來，世界科學技術進入高速發展階段，以信息技術、生物技術、新材料技術、新能源技術、航天技術和海洋開發技術為代表的一大批高新技術群體取得了突破性的進展，使世界范圍內的軍事、生產、生活、科學技術活動發生了日新月異的變化，推動人類進入一個高速發展的歷史時期，科學正以空前的規模和速度推動著經濟的發展和人類的進步。其中，航天技術的進步和發展尤為最快、創新最多、最令人矚目，航天技術是世界科技進步的主要成果之一。
航空航天技術的發展和應用是一國軍事、科技實力的體現，是國家安全的保障，也是國際威望的象征。
隨著航天技術的發展，尤其是載人航天技術的發展，飛行器空間對接技術已經成為一個重要的研究方向，空間對接技術是載人航天的關鍵技術。飛行器空間對接是航天領域一項非常復雜、難度很大的工作。
美國和前蘇聯在20世紀60年代就開始了空間對接技術的研究。1966年3月16日，美國雙子星座8號載人飛船和阿金納飛行器在宇航員的參與下實現了人類歷史上的首次空間交會對接。歐空局在20世紀80年代開始了航天器的交會對接研究和地面試驗，立足于實現自主自動的在軌交會對接。日本從20世紀70年代初就開始了航天器的空間交會對接技術研究，也立足于實現自主自動的在軌交會對接，并且在1998年7月和8月先后兩次成功地進行了“工程試驗衛星”無人自動交會對接，成為世界上第三個實現空間交會對接的國家。隨著世界航天工程的進展，我國對空間對接技術的研究已迫在眉睫，國內部分高校和科研機構在這方面的研究相繼取得了一些成果。
由于實際的對接過程發生在外層空間，且對接過程和對接機構非常復雜，包含了運動學、航天器控制、飛行器設計、碰撞、結構限制等問題，完全實地地進行全物理仿真在費用和技術上對目前的科技水平都是一個巨大的挑戰。因此，為保證空間對接的順利進行，需要研制對接模擬裝置，用以模擬飛行器的空間運動姿態和對接的動力學模型。
1.2對接模擬裝置的國內外研究現狀
對接模擬裝置主要完成兩個方面的任務，一是對接敏感器性能與控制方法的測試，二是對接機構性能與對接動力學特性的測試。為達到這個目的，各國采用的方案也不盡相同。
俄羅斯的試驗設備主要有兩種，一種完成無線電對接敏感器性能和控制算法的測試，其仿真距離變化可達到幾公里甚至幾十公里；另一種是對接動力學仿真器，它采用兩個六自由度Stewart并聯平臺作為運動模擬器，模擬主被動飛行器的運動。
美國國家航空航天局(NASA)設計建造了兩套用于對接的試驗設備，其一是空間機器人實驗室建造的八自由度遙控操作機器人評估設備(TOREF)，它完成對激光雷達對接敏感器和基于此敏感器的控制算法的仿真測試；另一種是用來測試對接機構和停靠、對接過程動力學特性的六自由度動力學試驗系統(DDTS)，它由一個液壓驅動的六自由度Stewart并聯平臺作為運動模擬器，模擬兩飛行器之間的相對運動，運動范圍±3.5英尺、±25度，負載能力2000磅，液壓系統帶寬為8Hz。
歐空局研制的仿真設備有兩個：近距離九自由度仿真器(EPOS)和對接動力學測試設備(DDTF)。近距離九自由度仿真器(EPOS)由龍門架式六自由度運動模擬器和三自由度目標模擬器構成，其核心工作是敏感器和控制算法的測試；對接動力學測試設備(DDTF)由水平放置的六自由度電機驅動的Stewart并聯平臺運動模擬器和帶有六自由度力、力矩傳感器和目標模擬器構成，其對接的仿真原理與美國的TOREF和DDTS類似，運動范圍5×0.15×0.15m，5×5×5度，精度1mm，0.01度，系統帶寬6Hz，載荷5000N。
日本國家空間開發署（NASDA）建造了一種復合型對接動力學仿真器，它由一個追逐器和一個目標器構成，追逐器通過六自由度力、力矩傳感器固定在框架上，目標器上水平安放一個由電機驅動的六自由度Stewart并聯平臺作為運動模擬器，其運動范圍7×2.4×2m，10×40×40度，精度1～2mm，0.12°，機械系統帶寬為5Hz。
我國在對接機構方面的研究起步較晚，自1987年開始從事交會對接技術的研究工作，但前期的研究主要限于對前蘇聯和美國在對接中積累的寶貴經驗和成果的消化吸收上。隨著“921”二期工程全面展開，特別是神五、神六載人飛船的成功發射與回收，對接機構的研究已經進入工程實施階段。“921-3”國家載人航天計劃重點項目“空間對接半實物仿真綜合試驗臺的研制”中擬定采用液壓驅動的Stewart平臺結構作為運動模擬器，它從運動原理上講屬于六自由度并聯機構。“Stewart平臺”是德國高級工程師D.Stewart在1965年發表的題為“A Platform with Six Degrees of Freedom”的論文中首次提出來的。Stewart平臺自問世以來，以其特有的結構緊湊、運動精度高、剛性好、運動平穩、載荷自重比高等優點，被許多科研工作者注意，成為一個頗為活躍的領域。在機械加工、主動減振裝置、飛行模擬器、太空捕捉器等空間要求較小的領域得到了廣泛的應用。
1.3研究方案
在本課題中，對接模擬裝置由上下兩個平臺組成，上平臺代表被動對接飛行器，下平臺代表主動對接飛行器。上平臺固定不動，用下平臺的運動來模擬兩個飛行器的相對運動。下平臺的驅動可以通過機械、電氣、氣動、液壓等驅動方式來實現。液壓伺服驅動既能控制很大的慣量、產生很大的力和力矩，又具有結構緊湊、剛度好、響應快、精度高等優點。因此，對下平臺運動的控制采用液壓伺服控制系統，用單出桿電液伺服閥控缸作為動力機構。
1.3.1 液壓伺服系統簡介
液壓伺服系統又稱為液壓控制系統或液壓隨動系統，是由液壓技術和控制技術相結合而產生的一個技術領域。
近幾十年來，許多工業部門和技術領域對高響應、高精度、高功率—重量比和大功率液壓控制系統的需求不斷擴大，促使液壓控制技術迅速發展。特別是控制理論在液壓系統中的應用，計算機電子技術與液壓技術的結合，使這門技術不論在元件和系統方面、理論與應用方面都日趨完善和成熟，并形成為一門學科，成為液壓技術的重要發展方向之一。目前，液壓控制技術在冶金、機械等工業部門，飛機、船舶等交通部門，航空航天技術，海洋技術，近代科學實驗及武器控制等領域得到了廣泛的應用。...

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