空间新型大尺度可折展式机构创新设计理论与方法研究

随着宇航空间技术的发展，空间机构向大型化、复杂化方向发展，因此可重复展收式大尺度宇航空间机构在空间领域具有非常重要的应用价值。本项目旨在针对国内外宇航空间机构研究中存在的共性和关键科学问题，以轻型化、模块化、高可靠性、可重复展开与收拢等性能为目标，开展新型宇航空间大尺度可折展式机构创新研究。通过在大尺度可折展式机构的组成原理和构型综合创新，形成一维、二维、三维等各种大尺度可折展式机构的设计理论体系与方法，阐明空间大尺度可折展式机构设计的基本原理与方法，揭示空间大尺度可折展式机构动力学特性一般规律。在大尺度可折展式机构创新设计、动力学建模理论与方法、动力学仿真、可靠性、地面模拟与测试等关键技术和重大科学问题上获得重大突破和创新，在空间可折展式机构设计、分析与试验方面形成具有自主知识产权的理论与技术，为大尺度可折展式机构在大型卫星平台、空间站、深空探测等方面的工程应用提供理论设计依据和技术储备

全面完成了计划任务书中的内容，在大尺度可折展式机构创新设计、大型化组网、动力学建模与分析、可靠性、地面模拟与测试等科学问题取得重要进展，突破了多项关键技术，掌握了具有自主知识产权的理论与技术成果。主要创新性成果如下：.1..融合图论、螺旋理论、李群理论，提出了空间折展机构拓扑与运动学综合方法，建立了具有可展性的机构单元图谱及构型库。提出了大尺度模块化组网方法，发明了多种大折展比的折展机构新构型，开发出空间折展机构构型综合与仿真软件平台。.2..提出了大尺度折展机构多模块联动驱动方法，建立了驱动模型，优化配置了驱动源位置、数量，实现了多模块折展机构多源协调展开驱动。针对二维平面天线折展机构，推导了在不同驱动组合下的折展机构运动学奇异条件，分析了奇异位置对机构运动学产生的影响。.3..提出了基于局部随机搜索算法和粒子群算法相结合的多目标优化算法，具有更高的收敛效率；建立了可折展机构网络的多目标优化设计模型，针对基于Myard机构单元的双层桁架式折展机构进行优化设计并进行了样机实验验证。.4..建立了基于Hertz接触力分布假设及几何约束的关节铰链接触力学模型；引入铰链和柔性索模型，建立了含铰链和张力索的折展机构非线性动力学模型，分析了系统固有频率随激振力的变化规律。.5..提出了大尺度折展机构静动态可靠性评估方法。建立了空间铰接式伸展臂机构的可靠性分析模型与展开失效的故障树模型，分析了各故障模式的关联系数与关联度，实现了大尺度折展机构的启动、展开、锁定阶段与展开工作状态的可靠性评价。.6..创新研制出三棱柱式伸展臂、平面折展天线机构、空间曲面天线机构等3种新型空间折展机构，完成了空间折展机构的型谱化研究。提出地面零重力模拟试验方法和性能测试方法，研制出零重力模拟试验装置。研制出低冲击压紧释放装置、大扭矩驱动组件、高刚度关节铰链、超弹性关节铰链等空间折展机构用关键部件。.出版了《空间折展机构设计》学术专著，发表论文84篇，其中SCI检索20篇、EI检索54篇。申请国家专利21项，获授权发明专利11项、授权实用新型专利6项。培养教育部新世纪人才1名，培养研究生37人（博士生8人、硕士生29人，其中毕业博士2人、毕业硕士17人）。本项目成果获2013年度黑龙江省技术发明一等奖。研究成果丰富和发展了现代机构学理论与技术，为大尺度可折展式机构的工程应用提供理论依依据和技术支撑。