月球车可展机构铰间隙混沌现象辨识及虚结构模态试验

The impact of the hinged pair gap is unclear, for motion accuracy and reliability of lunar rover deployable mechanism. The research is still in the preliminary stage, to control gap Affect for deployable mechanism through the analysis of the kinetic parameters.In particular,the theoretical and experimental research has not yet commenced, using of local institutional to study developable mechanism overall dynamic performance. The project focused on the following aspects: ① to describe the hinged pair gap geometric features and collision processes,to establish the kinetic model lunar rover deployable mechanism of containing gap hinged Vice. ②Use of parallel algorithms, by the numerical analysis of the dynamics of containing gap hinged Vice ,identify chaotic phenomena, analysis the impact for the mechanism campaign accuracy and reliability. ③ Establish interface function between containing gap hinged Vice and developable mechanism overall. ④ Design and virtual structure modal test, to verify the reliability of the kinetic analysis, research the test technology and test data processing methods, using modal experimental of Containing gap the hinged Vice to research machine dynamic characteristics. The project is to study the lunar rover with clearances deployable mechanism overall dynamic characteristics lay the theoretical foundation, to provide a useful exploration for virtual structure modal test technology development, have scientific significance for the guidance deployable mechanism design practice.

铰接副间隙对月球车可伸展机构的运动精度、可靠性的影响具有非线性。目前通过分析辨识动力学参数控制间隙对可展机构影响的研究工作仍处于初步探索阶段，尤其运用局部机构研究可展机构整体动态性能的理论和试验研究还未展开。本项目主要围绕以下几方面研究：①描述铰接副间隙几何特征及碰撞过程，建立月球车可伸展机构含隙铰接副动力学模型。②运用并行算法，通过数值计算分析含隙铰接副的动力学特性，辨识其混沌现象，分析其对机构展开运动精度、可靠性的影响。③ 建立含隙铰接副与可伸展机构整体的接口函数，④设计并进行虚结构模态试验，验证动力学分析的可靠性，研究利用含隙铰接副模态试验研究整机动态特性的试验技术及试验数据处理方法。该项目为研究月球车含间隙可伸展机构整体动态特性奠定理论基础，为虚结构模态试验技术发展提供有益的探索，对指导可伸展机构设计实践具有科学意义。

含间隙机构动力学的研究始于1970年代初期。在建模方面，国内外学者逐步考虑间隙铰处的碰撞、摩擦、润滑、构件柔性等因素，建立了的基本反映间隙实际状态的动力学模型。然而，基于低重力、高真空、大温差空间环境要素的动力学建模仍处于研究阶段。含间隙机构动力学特性通常具有强烈的非线性，并诱发机构发生混沌现象。目前学者们对于间隙诱发混沌现象的原因研究不够深入，关于控制并利用混沌运动的研究鲜有报道。通过动力学特性分析，指导宇航空间机构的加工制造、减弱使用过程中间隙的不良影响等方面的应用，还需深入的探索和研究。.本项目以月球车典型可展机构——可展太阳帆板为研究对象，围绕研究目标“可展机构铰间隙混沌现象辨识及虚结构模态试验”，进行了铰间隙建模、可展机构动力学建模、数值求解、仿真分析、样机试验等一系列研究工作。在参考国内外学者建模方法的基础之上，逐步将柔性、低重力、大温差、高真空等因素引入所建的含间隙铰可展帆板的动力学模型中，通过数值分析寻找规律，定性提出了指导设计的改进意见。其中，考虑大温差、高真空因素的动力学模型仍在持续研究改进中。.铰接副间隙对月球车可伸展机构的运动精度、可靠性的影响具有非线性。通过对所建的柔性含间隙铰接副可展帆板动力学模型的数值分析，采用Poincare映射方法讨论了该机构的非线性动力学特性。研究结果显示，月球车含间隙铰可展帆板发生的混沌现象表现为时空混沌，即产生混沌的要素，不仅由间隙大小和范围决定，还有机构的运转速度阈值相关，随着间隙及速度变化的不同，动力学特性可出现周期性至混沌再归于周期性变化的演变过程。.为验证并完善动力学模型及数值分析结论，课题组研制了单翼两级可展帆板的试验样机及其低重力模拟系统。基于该样机的虚结构模态试验正在进行并持续完善设计中。