空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)在軌溫度場數(shù)值仿真分析.pdf

1、隨著航天科技的進(jìn)步，簡單航天器和缺乏補(bǔ)給能力的空間站已經(jīng)不能滿足目前航天活動的需求，航天科學(xué)進(jìn)一步發(fā)展受到了很大的局限。因此，安全可靠的空間機(jī)械臂應(yīng)運(yùn)而生，作為在軌支持、服務(wù)的關(guān)鍵性技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入太空，并越來越受到各國科研人員的關(guān)注。作為艙外活動的設(shè)備，空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)所處的環(huán)境及其復(fù)雜，因此更需要對其進(jìn)行精確的熱設(shè)計(jì)，為其安全可靠運(yùn)行提供技術(shù)支持。本文，根據(jù)確定的艙外關(guān)節(jié)內(nèi)部活齒減速器和箱體的模型進(jìn)行必要的簡化，根據(jù)已有軌道參數(shù)確定機(jī)械臂

2、關(guān)節(jié)所處高低溫工況，分析了各因素對關(guān)節(jié)溫度場的影響規(guī)律，為研究機(jī)械臂在軌的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供依據(jù)。
　　論文首先應(yīng)用大型航天專用軟件STK對機(jī)械臂關(guān)節(jié)已有的航天軌道進(jìn)行分析，得出太陽光和軌道夾角的變化規(guī)律，確定在軌運(yùn)行高低溫工況的邊界條件。然后，對已有的模型進(jìn)行必要簡化，建立了符合熱分析的簡化模型并利用建立有限元模型。在此基礎(chǔ)上，針對沒有隔熱保護(hù)層作用下的關(guān)節(jié)進(jìn)行在軌溫度場仿真分析，確定隔熱保護(hù)層的必要性。同時(shí)，對不同隔熱保護(hù)層厚度進(jìn)

3、行分析對比，確定滿足條件的隔熱保護(hù)層厚度，為機(jī)械臂關(guān)節(jié)安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。
　　分析了表征隔熱組件的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)、涂層表面發(fā)射率和吸收率等一系列因素對關(guān)節(jié)溫度狀況的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，完成了空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)在軌瞬態(tài)運(yùn)行的研究，確定了在軌運(yùn)行高低溫工況下關(guān)節(jié)各部分溫度變化規(guī)律。最后針對全年四個(gè)不同的太陽位置進(jìn)行了瞬態(tài)熱分析，確定該保護(hù)作用下的機(jī)械臂關(guān)節(jié)可以長時(shí)間在軌安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
　　同時(shí)，論文也進(jìn)行了變參數(shù)熱分析的研究

4、，分別從軌道參數(shù)、熱涂層對關(guān)節(jié)溫度場進(jìn)行分析。在軌道參數(shù)的研究中，分別選取軌道高度、軌道傾角和軌道偏心率進(jìn)行分析，確定軌道高度是影響關(guān)節(jié)溫度場變化的最重要的原因，然后對各種軌道參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)對比，得出不同軌道高度下隔熱組件厚度的變化規(guī)律。在熱涂層方面，分別選取常見的低、中和高吸收，發(fā)射比的涂層進(jìn)行對比，確定了能夠滿足空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)安全運(yùn)行的涂層參數(shù)。
　　最后，對關(guān)節(jié)不同位置下溫度場變化進(jìn)行分析。考慮到衛(wèi)星完全遮擋太陽和衛(wèi)星完全遮