舱外航天服手套关节力学特性测试系统

根据机器人学原理,提出了基于测量机械手的舱外航天服手套关节力学特性测试系统的测量原理.设计了基于平行四边形连杆的外骨骼式测量机械手,该机械手刚度大,指节长度可调节,能够围绕航天服手套实现包络运动,且机械手可双向驱动.根据机械手的结构特点,建立了其运动学模型.针对舱外航天服手套柔性关节的转动特性建立了手套二自由度手指的数学模型.最后以基于高速浮点DSP的PCI控制卡为核心建立了测量机械手的控制系统.     

波浪中载液船舶运动的时域模拟

基于势流理论,采用切片法和脉冲响应函数方法实现船体时域运动,同时采用黏性流理论模拟计算舱内液体的非线性晃荡,进而建立了波浪中载液船舶耦合运动方程. 该方法考虑了波浪、船体、液舱晃荡之间的耦合作用,并结合船体内外流场特点分别采用了势流和黏性流理论,具有较高的计算效率. 研究结果表明：通过数值模拟计算和模型实验,数值模拟计算能够清晰显现液舱晃荡对船体全局运动影响,船体运动响应曲线与模型实验结果吻合良好.     

当代出舱活动技术发展

出舱活动技术有多种分类方法和广泛用途,并需使用气闸舱、舱外航天服等一些先进而复杂的硬件设备.40多年来.经过苏联/俄罗斯、美国等国的专家的不断开发.出舱活动技术已有了长足的发展.俄美两国在出舱活动系统方面各有特色,在出舱训练技术方面也各有千秋.中国航天员将进行首次出舱活动,成为世界上第3个完全独立实现出舱活动的国家.     

基于零空间法的柔性多体系统动力学计算及仿真

为了实现柔性多体系统动力学的程式化建模及精确求解,利用自然坐标建立了柔性多体系统带拉格朗日乘子的动力学模型.将约束雅可比矩阵的正交补应用于该模型的处理过程中,通过零空间的正交基将模型转化为纯微分形式,并在时间域内进行离散,给出了数值解法和详细的仿真计算步骤,完成柔性重力摆的动力学建模与计算.仿真结果与运用传统方法所得的结果一致,验证了此建模及计算方法的正确性.针对在空间可展机构中广泛应用的柔性剪式机构,通过在Mathematica环境下编程,建立了动力学模型,并基于零空间法进行数值计算和仿真,得到柔性剪式机构在驱动力作用下的动力学响应曲线及横向振动引起的末端位置误差.     

空间环境下惯性展开机构动态性能可靠性分析

提出惯性展开机构运动参数动态可靠性分析方法,建立了惯性展开机构运动参数动态可靠性分析模型.将驱动力(矩)、摩擦和阻尼力(矩)等作为随机变量,应用蒙特卡罗方法,取得动态参数样本,再利用人工神经网络方法,用随机抽取的样本对网络进行训练,统计网络输出的动态参数分布,得到惯性展开机构动态可靠度.空间站惯性展开机构动态可靠度计算实例表明,该方法简单实用,计算成本低.     

舱外航天服试验用暖体假人的研制与性能分析

研制了一种新型易拆装结构且具有多种测量模式的暖体假人,实现了针对舱外航天服特殊穿着条件下的试验测量.介绍了该暖体假人的设计原则、结构特点和拓展功能.试验表明,在不同测量模式和环境设定下,该暖体假人都具有良好的动态响应特性和测量精度.     

空间机构运动学建模与分析方法的研究

为了快速高效地建立空间机构运动模型以进行运动学特性分析,运用多体动力学原理,提出了一种计算机符号建模与数值的计算方法.在每根杆件上的运动副处建立笛卡尔直角坐标系,用这些坐标系之间的关联关系来描述空间机构的结构形态,推导了同一杆件上2个坐标系之间的变换关系,得到了杆件形状矩阵.根据运动副的类型和属性,推导了同一运动副处不同杆件上2个坐标系之间的变换关系,得到了运动副约束矩阵.通过在运动链上连续使用变换矩阵,建立了空间机构的数学模型,并用推导的运动方程对时间求导,得到了空间机构的速度和加速度方程.研究表明,由开发的空间机构运动学分析软件,结合空间4杆机构的运动学分析,验证了建模与求解方法的正确性,从而为空间运动机构建模与运动学分析提供了一种有效的方法.     

摆直动从动件空间凸轮机构压力角统一数学表达式研究

针对摆直动从动件空间凸轮机构性能参数缺乏有效通用分析计算模型的情况,提出一种基于统一几何特征与运动特性的空间凸轮机构压力角表达式建模方法.以圆锥凸轮机构为研究对象,推导出基于统一数学表达的摆直动从动件圆锥凸轮机构压力角解析表达式.数值计算验证了模型的正确性,为空间凸轮机构性能参数的分析计算提供了理论基础,所建立的数学模型可推广应用到其他类型凸轮机构.     

复杂外形潜水器旋转水动力的计算

复杂外形的潜水器动力学模型是高度非线性且耦合的,很难精确建立.为提高潜水器艏向控制性能,通过计算流体力学(CFD)方法来计算复杂外形无人遥控潜水器(ROV)在回转过程中所受的阻尼力/力矩,以获取回转运动的水动力系数,从而提高回转动力学建模精度.从如下两个方面对现有方法进行了改进:(1)采用重叠网格方法替代动网格方法,解决网格运动过程中质量下降的问题,避免了网格单元出现负体积;(2)结合移动参考坐标系和重叠网格两种方法求解ROV的旋转水动力,可加快收敛速度,提高重叠网格非稳态计算的可信度.采用由CFD计算得到的水动力系数构建ROV的动力学模型并基于该模型进行回转控制数值模拟,计算结果与ROV在水池中的回转控制实验结果吻合较好,从而间接验证了所提方法的有效性.     

减摇水舱晃荡运动数值模拟研究

减摇水舱是一种全航速下都能起到减摇效果的减摇装置,研究减摇水舱在晃荡运动过程中减摇力矩的变化规律,是一件很有意义的工作.首先,考虑到减摇水舱在晃荡运动的过程中水舱角的变化对阻尼系数的影响,将阻尼系数看作一个时变的函数;然后求解船舶-水舱系统横摇方程,计算不同频率简谐运动形式下,减摇水舱对于船舶提供的减摇力矩;最后应用CFD方法,对水舱在上述运动形式下的晃荡过程进行3D数值模拟,求得的减摇力矩与理论计算值比较吻合.该研究工作为减摇水舱减摇力矩的计算提供了一个新方法,同时也为下一步的研究奠定了理论基础.