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第1章 绪论1

1.1 概述1

1.2 空间大型可展开天线3

1.2.1 分类及应用情况3

1.2.2 展开过程试验9

1.3 空间大型天线展开故障模式与处理对策12

1.3.1 在轨展开故障综述12

1.3.2 展开可靠性保障措施17

1.3.3 多体动力学与展开故障处理对策19

1.4 大型空间可展开天线多体动力学20

1.4.1 周边桁架式网状天线组成和展开原理20

1.4.2 空间大型天线展开多体动力学研究与软件开发现状21

1.5 空间大型天线展开多体动力学与故障仿真软件设计原则28

参考文献30

第2章 多体系统动力学基础33

2.1 引言33

2.2 模化方法34

2.2.1 物理模型的基本定义34

2.2.2 多体系统拓扑结构35

2.2.3 多体系统理想铰链约束处理方法37

2.2.4 多体系统中驱动机构力学模型和常用铰链摩擦模型41

2.3 航天器多刚体系统动力学方程43

2.3.1 多刚体系统运动学方程43

2.3.2 单刚体动力学方程45

2.3.3 树状多刚体系统46

2.3.4 非树状多刚体系统动力学方程47

2.4 基于有限元离散的柔性多体动力学方程48

2.4.1 作大范围运动的单柔性体动力学方程48

2.4.2 基于等参单元描述的平面柔性体动力学方程52

2.4.3 基于结构单元离散的柔性多体动力学方程57

2.5 基于模态离散的柔性多体系统动力学方程60

2.5.1 柔性体模化方法60

2.5.2 基于模态离散的单柔性体动力学方程62

2.5.3 铰链的运动学递推关系66

2.6 索网桁架耦合动力学方程67

2.6.1 索网动力学建模方法68

2.6.2 基于绝对坐标方法的索网动力学方程71

2.7 多体动力学数值算法75

2.7.1 常微分方程组（ODEs）初值问题数值解法75

2.7.2 微分代数方程组（DAEs）初值问题数值解法76

参考文献78

第3章 空间大型天线展开多体动力学理论模型80

3.1 空间大型周边桁架式网状天线展开过程及机构设计原则80

3.1.1 空间大型周边桁架式网状天线展开过程80

3.1.2 空间大型天线展开机构技术特点及设计原则81

3.2 天线大小臂展开动力学84

3.2.1 星载大型天线机构部件坐标系定义84

3.2.2 大臂展开动力学85

3.2.3 小臂展开动力学91

3.2.4 大小臂展开动力学逆问题的求解94

3.3 反射器展开机构动力学建模96

3.3.1 反射器展开机构坐标系定义与基本假设96

3.3.2 反射器传动机构力学模型97

3.3.3 绳索驱动机构建模99

3.3.4 调速控制机构力学模型101

3.3.5 展开到位锁定机构105

3.3.6 天线展开动力学方程106

3.3.7 收拢状态构型奇异问题106

参考文献110

第4章 空间大型桁架式天线展开过程仿真111

4.1 星载大型天线支撑臂展开动力学仿真111

4.1.1 大臂展开过程动力学仿真111

4.1.2 大臂回转过程动力学仿真115

4.1.3 小臂展开过程动力学仿真118

4.2 天线反射器展开动力学121

4.2.1 输入参数121

4.2.2 同步齿轮铰链展开动力学仿真122

4.2.3 反射器在轨展开动力学仿真123

参考文献130

第5章 空间大型天线展开故障机理及力学模型131

5.1 国内外空间机构展开故障情况131

5.2 空间机构展开故障主要影响因素133

5.3 天线展开故障模式分析135

5.3.1 伸展臂展开过程故障模式分析135

5.3.2 反射器展开过程故障模式分析136

5.4 反射器展开过程典型故障模式作用机理及力学模型140

5.4.1 铰链卡滞类型、作用机理及其力学模型140

5.4.2 展开传动不同步故障模式作用机理和力学模型143

5.4.3 反射器展开过程中索网缠绕故障机理和动力学建模147

参考文献151

第6章 空间大型天线展开故障模式处理对策仿真152

6.1 桁架铰链卡滞故障处理对策仿真152

6.1.1 同步齿轮铰链卡滞处理对策仿真153

6.1.2 T型铰链卡滞处理对策仿真158

6.1.3 斜杆滑移铰链防卡滞设计建议160

6.2 桁架传动不同步现象仿真评价与设计建议161

6.2.1 正常驱动和一侧动力装置损坏情况下反射器传动不同步仿真161

6.2.2 桁架传动不同步对天线展开可靠性影响分析与设计建议162

6.3 桁架展开过程中索网缠绕故障仿真分析及设计建议163

6.3.1 索网与桁架缠绕故障仿真分析163

6.3.2 反射器张力索网防缠绕设计建议170

6.4 典型故障模式初步处理对策171

参考文献173

第7章 空间大型天线展开多体动力学软件174

7.1 大型空间天线展开多体动力学与故障对策仿真软件框架结构174

7.1.1 数据前处理模块175

7.1.2 动力学仿真模块177

7.1.3 后处理模块180

7.2 大型天线展开多体动力学模型参数定义和数据结构183

7.2.1 系统标志位183

7.2.2 拓扑构型数组183

7.2.3 物体类183

7.2.4 铰类184

7.2.5 切断铰类184

7.2.6 约束类185

7.2.7 外力类185

7.2.8 力元类185

7.2.9 绳索滑轮类185

7.2.10 同步齿轮调速机构类185

7.2.11 算法参数185

7.3 软件正确性考核验证186

7.3.1 前处理模块正确性考核验证186

7.3.2 动力学仿真模块正确性验证187

7.4 软件特色功能190

参考文献192

第8章 空间大型可展开天线地面试验193

8.1 引言193

8.1.1 大型空间机构试验验证193

8.1.2 大型空间机构微重力试验技术200

8.2 空间大型周边桁架式天线地面试验技术208

8.2.1 伸展臂重力补偿条件下展开动力学试验209

8.2.2 反射器重力补偿条件下展开动力学试验211

8.3 天线地面展开试验的局限性213

参考文献215