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飛行器對接模擬裝置液壓系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

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更新時(shí)間：2018-07-29
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飛行器對接模擬裝置液壓系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，Word文檔。自20世紀(jì)下半葉以來，世界科學(xué)技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展階段，以信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、航天技術(shù)和海洋開發(fā)技術(shù)為代表的一大批高新技術(shù)群體取得了突破性的進(jìn)展，使世界范圍內(nèi)的軍事、生產(chǎn)、生活、科學(xué)技術(shù)活動發(fā)生了日新月異的變化，推動人類進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展的歷史時(shí)期，科學(xué)正以空前的規(guī)模和速度推動著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類的進(jìn)步。其中，航天技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展尤為最快、創(chuàng)新最多、最令人矚目，航天技術(shù)是世界科技進(jìn)步的主要成果之一。
航空航天技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用是一國軍事、科技實(shí)力的體現(xiàn)，是國家安全的保障，也是國際威望的象征。
隨著航天技術(shù)的發(fā)展，尤其是載人航天技術(shù)的發(fā)展，飛行器空間對接技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)重要的研究方向，空間對接技術(shù)是載人航天的關(guān)鍵技術(shù)。飛行器空間對接是航天領(lǐng)域一項(xiàng)非常復(fù)雜、難度很大的工作。
美國和前蘇聯(lián)在20世紀(jì)60年代就開始了空間對接技術(shù)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(shí)現(xiàn)了人類歷史上的首次空間交會對接。歐空局在20世紀(jì)80年代開始了航天器的交會對接研究和地面試驗(yàn)，立足于實(shí)現(xiàn)自主自動的在軌交會對接。日本從20世紀(jì)70年代初就開始了航天器的空間交會對接技術(shù)研究，也立足于實(shí)現(xiàn)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(jìn)行了“工程試驗(yàn)衛(wèi)星”無人自動交會對接，成為世界上第三個(gè)實(shí)現(xiàn)空間交會對接的國家。隨著世界航天工程的進(jìn)展，我國對空間對接技術(shù)的研究已迫在眉睫，國內(nèi)部分高校和科研機(jī)構(gòu)在這方面的研究相繼取得了一些成果。
由于實(shí)際的對接過程發(fā)生在外層空間，且對接過程和對接機(jī)構(gòu)非常復(fù)雜，包含了運(yùn)動學(xué)、航天器控制、飛行器設(shè)計(jì)、碰撞、結(jié)構(gòu)限制等問題，完全實(shí)地地進(jìn)行全物理仿真在費(fèi)用和技術(shù)上對目前的科技水平都是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。因此，為保證空間對接的順利進(jìn)行，需要研制對接模擬裝置，用以模擬飛行器的空間運(yùn)動姿態(tài)和對接的動力學(xué)模型。
1.2對接模擬裝置的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
對接模擬裝置主要完成兩個(gè)方面的任務(wù)，一是對接敏感器性能與控制方法的測試，二是對接機(jī)構(gòu)性能與對接動力學(xué)特性的測試。為達(dá)到這個(gè)目的，各國采用的方案也不盡相同。
俄羅斯的試驗(yàn)設(shè)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(dá)到幾公里甚至幾十公里；另一種是對接動力學(xué)仿真器，它采用兩個(gè)六自由度Stewart并聯(lián)平臺作為運(yùn)動模擬器，模擬主被動飛行器的運(yùn)動。
美國國家航空航天局(NASA)設(shè)計(jì)建造了兩套用于對接的試驗(yàn)設(shè)備，其一是空間機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建造的八自由度遙控操作機(jī)器人評估設(shè)備(TOREF)，它完成對激光雷達(dá)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(jī)構(gòu)和停靠、對接過程動力學(xué)特性的六自由度動力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)(DDTS)，它由一個(gè)液壓驅(qū)動的六自由度Stewart并聯(lián)平臺作為運(yùn)動模擬器，模擬兩飛行器之間的相對運(yùn)動，運(yùn)動范圍±3.5英尺、±25度，負(fù)載能力2000磅，液壓系統(tǒng)帶寬為8Hz。
歐空局研制的仿真設(shè)備有兩個(gè)：近距離九自由度仿真器(EPOS)和對接動力學(xué)測試設(shè)備(DDTF)。近距離九自由度仿真器(EPOS)由龍門架式六自由度運(yùn)動模擬器和三自由度目標(biāo)模擬器構(gòu)成，其核心工作是敏感器和控制算法的測試；對接動力學(xué)測試設(shè)備(DDTF)由水平放置的六自由度電機(jī)驅(qū)動的Stewart并聯(lián)平臺運(yùn)動模擬器和帶有六自由度力、力矩傳感器和目標(biāo)模擬器構(gòu)成，其對接的仿真原理與美國的TOREF和DDTS類似，運(yùn)動范圍5×0.15×0.15m，5×5×5度，精度1mm，0.01度，系統(tǒng)帶寬6Hz，載荷5000N。
日本國家空間開發(fā)署（NASDA）建造了一種復(fù)合型對接動力學(xué)仿真器，它由一個(gè)追逐器和一個(gè)目標(biāo)器構(gòu)成，追逐器通過六自由度力、力矩傳感器固定在框架上，目標(biāo)器上水平安放一個(gè)由電機(jī)驅(qū)動的六自由度Stewart并聯(lián)平臺作為運(yùn)動模擬器，其運(yùn)動范圍7×2.4×2m，10×40×40度，精度1～2mm，0.12°，機(jī)械系統(tǒng)帶寬為5Hz。
我國在對接機(jī)構(gòu)方面的研究起步較晚，自1987年開始從事交會對接技術(shù)的研究工作，但前期的研究主要限于對前蘇聯(lián)和美國在對接中積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)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(fā)射與回收，對接機(jī)構(gòu)的研究已經(jīng)進(jìn)入工程實(shí)施階段。“921-3”國家載人航天計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“空間對接半實(shí)物仿真綜合試驗(yàn)臺的研制”中擬定采用液壓驅(qū)動的Stewart平臺結(jié)構(gòu)作為運(yùn)動模擬器，它從運(yùn)動原理上講屬于六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。“Stewart平臺”是德國高級工程師D.Stewart在1965年發(fā)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(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動精度高、剛性好、運(yùn)動平穩(wěn)、載荷自重比高等優(yōu)點(diǎn)，被許多科研工作者注意，成為一個(gè)頗為活躍的領(lǐng)域。在機(jī)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(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
1.3研究方案
在本課題中，對接模擬裝置由上下兩個(gè)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(yùn)動來模擬兩個(gè)飛行器的相對運(yùn)動。下平臺的驅(qū)動可以通過機(jī)械、電氣、氣動、液壓等驅(qū)動方式來實(shí)現(xiàn)。液壓伺服驅(qū)動既能控制很大的慣量、產(chǎn)生很大的力和力矩，又具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛度好、響應(yīng)快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。因此，對下平臺運(yùn)動的控制采用液壓伺服控制系統(tǒng)，用單出桿電液伺服閥控缸作為動力機(jī)構(gòu)。
1.3.1 液壓伺服系統(tǒng)簡介
液壓伺服系統(tǒng)又稱為液壓控制系統(tǒng)或液壓隨動系統(tǒng)，是由液壓技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。
近幾十年來，許多工業(yè)部門和技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω唔憫?yīng)、高精度、高功率—重量比和大功率液壓控制系統(tǒng)的需求不斷擴(kuò)大，促使液壓控制技術(shù)迅速發(fā)展。特別是控制理論在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)電子技術(shù)與液壓技術(shù)的結(jié)合，使這門技術(shù)不論在元件和系統(tǒng)方面、理論與應(yīng)用方面都日趨完善和成熟，并形成為一門學(xué)科，成為液壓技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。目前，液壓控制技術(shù)在冶金、機(jī)械等工業(yè)部門，飛機(jī)、船舶等交通部門，航空航天技術(shù)，海洋技術(shù)，近代科學(xué)實(shí)驗(yàn)及武器控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。...

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