周邊對接系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律研究

張宗峰+張全成

摘 要：文章詳細(xì)的介紹了周邊對接系統(tǒng)在空間交會對接過程中的運(yùn)動規(guī)律。主要包括：，捕獲原理，空間矢量方程，接觸力，捕獲后的速度與分離速度以及軌道轉(zhuǎn)移。通過上述對其運(yùn)動規(guī)律的研究，揭示了該對接系統(tǒng)的本質(zhì)，為以后的設(shè)計(jì)和仿真計(jì)算具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：周邊對接系統(tǒng)；運(yùn)動規(guī)律；交會對接；仿真

空間飛行器交會對接需要實(shí)現(xiàn)高精度高可靠性地相對定位和定速，以便控制系統(tǒng)實(shí)時地獲得兩飛行器間相對位置和速度信息。在交會對接期間，飛行器的絕對速度和位置關(guān)系，需使用導(dǎo)航和測試系統(tǒng)來獲取。國內(nèi)外學(xué)者做了許多的研究，他們的研究結(jié)果表明只有掌握了其運(yùn)動規(guī)律才可以準(zhǔn)確的來控制并實(shí)現(xiàn)理想的效果。

文章總結(jié)國內(nèi)外學(xué)者和同行們的研究經(jīng)驗(yàn)，以周邊對接系統(tǒng)為例來研究其運(yùn)動規(guī)律，主要從周邊對接系統(tǒng)的捕獲原理，空間矢量方程，接觸力，捕獲后的速度與分離速度以及軌道轉(zhuǎn)移等方面研究，從而進(jìn)一步揭示其空間交會的運(yùn)動規(guī)律。

1 捕獲原理

周邊對接系統(tǒng)有以下幾種：（1）“阿波羅”—“聯(lián)盟”號對接系統(tǒng)；（2）APAS雌雄同體周邊裝配系統(tǒng)；（3）Hermes-Columbus對接系統(tǒng)。

1.1 “阿波羅”—“聯(lián)盟”號對接系統(tǒng)

該系統(tǒng)的關(guān)鍵部分導(dǎo)向環(huán)，在其導(dǎo)向環(huán)上裝有導(dǎo)向瓣，導(dǎo)向環(huán)本身裝在3個能夠提供6自由度運(yùn)動的螺桿上，為了確保有一定的緩沖作用，螺桿與阻尼器和傳動系統(tǒng)聯(lián)接在一起，用6個阻尼器來將導(dǎo)向環(huán)和對接框分開。阻尼器在主動邊上是伸出的；在被動邊，阻尼器則是縮進(jìn)的。在每個導(dǎo)向瓣上裝有一個彈簧捕獲鎖，彈簧捕獲鎖的相當(dāng)于在導(dǎo)向環(huán)上裝有作捕獲鎖接受器。兩個飛行器接觸后，主動導(dǎo)向環(huán)與被動導(dǎo)向環(huán)對準(zhǔn)，捕獲鎖和對應(yīng)的捕獲鎖接受器聯(lián)接上。此時，在電機(jī)的總用下，導(dǎo)向環(huán)縮進(jìn)，完成捕獲。

1.2 APAS雌雄同體周邊裝配系統(tǒng)

APAS和“阿波羅”—“聯(lián)盟”號周邊對接機(jī)構(gòu)的基本功能相同。該系統(tǒng)和“阿波羅”—“聯(lián)盟”號的區(qū)別是：導(dǎo)向瓣指向?qū)油ǖ纼?nèi)部。用阻尼器將導(dǎo)向環(huán)和對接框分開，把捕獲鎖裝在每個導(dǎo)向瓣的中間，它和另一邊導(dǎo)向環(huán)邊緣的捕獲鎖接受器聯(lián)接。完全聯(lián)接后，應(yīng)用螺桿縮進(jìn)導(dǎo)向環(huán)，完成捕獲。

2 空間矢量方程的分析

在周邊系統(tǒng)捕獲的過程中，可能的接觸模式共有5類20種。

（1）活動環(huán)的環(huán)面與不動環(huán)邊緣接觸（模式1）。

（2）活動環(huán)邊緣與不動環(huán)的環(huán)面接觸（模式2）。

（3）活動環(huán)導(dǎo)向瓣邊緣與不動環(huán)邊緣接觸（模式3～模式8）。

（4）活動環(huán)導(dǎo)向瓣邊緣與不動環(huán)導(dǎo)向瓣邊緣接觸（模式9～模式14）。

（5）活動環(huán)邊緣與不動環(huán)導(dǎo)向瓣邊緣接觸（模式15～模式20）。

以上5類接觸模式分別以對應(yīng)下列空間閉合矢量方程：

5 結(jié)語

經(jīng)過對周邊對接系統(tǒng)整個過程的分析，首先先闡明其捕獲原理，在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步研究周邊對接系統(tǒng)的空間矢量、接觸力以及捕獲和分離時速度。通過對上述問題的研究，深入淺出的揭示了其空間對接的本質(zhì)，可以掌握航天器在空間對接過程中的運(yùn)動規(guī)律，為我國以后設(shè)計(jì)空間對接機(jī)構(gòu)和仿真具有一定的參考價值。

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作者簡介：張宗峰（1985- ），男，河南焦作人，本科，工程師，研究方向：冷彎成型生產(chǎn)線的技術(shù)研究和設(shè)計(jì)。