空间太阳能电站大折展比体展开桁架机构

doi:10.3901/JME.2020.13.128

机械工程学报 ›› 2020, Vol. 56 ›› Issue (13): 128-137.doi: 10.3901/JME.2020.13.128

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空间太阳能电站大折展比体展开桁架机构

肖洪¹, 成正爱², 郭宏伟³, 周璐², 王立², 楼云江¹, 刘海婷³, 刘荣强³

1. 哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院深圳 518055;
2. 钱学森空间技术研究实验室北京 100089;
3. 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点试验室哈尔滨 150001

收稿日期:2019-09-11 修回日期:2020-03-27 出版日期:2020-07-05 发布日期:2020-08-01
通讯作者: 郭宏伟(通信作者),男,1980年出生,博士,副教授,博士研究生导师。主要研究方向为宇航空间机构与结构,空间抓捕机构,变形翼。E-mail:guohw@hit.edu.cn
作者简介:肖洪,男,1988年出生,博士后。主要研究方向为月面自主采样、空间折展机构及其控制。E-mail:xiaohong_hit@163.com
基金资助:
航天先进制造技术研究联合基金（U1637207）和国家自然科学基金（51575119）资助项目。

Large Folding Ratio 3D Deployable Truss Mechanism For Space Solar Power Station

XIAO Hong¹, CHENG Zhengai², GUO Hongwei³, ZHOU Lu², WANG LI², LOU Yunjiang¹, LIU Haiting³, LIU Rongqiang³

1. Department of Mechanical Engineering and Automation, Harbin Institute of Technology, Shenzhen 518055;
2. Qian Xuesen Laboratory of Space Technology, Beijing 100089;
3. State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001

Received:2019-09-11 Revised:2020-03-27 Online:2020-07-05 Published:2020-08-01

摘要/Abstract

摘要： 发展空间太阳能电站技术具有极其重要的战略意义，受运载火箭运输能力的限制，提出了一种可实现三维体展开的桁架机构作为空间太阳能电站的主结构。通过多方案对比分析，构建了可展桁架基本组成单元，在确定了驱动原理的基础上，进行了可展桁架运动学分析，验证了驱动方案的可行性。基于能量相等原理，建立了桁架连续梁等效模型，分析了运动学特性，并进行了参数优选。最后，研制了缩比原理样机，进行了展开试验、刚度测试试验及动力学试验。结果表明，该可展桁架具有较大的折展比及较轻的质量，铰链间隙是影响系统刚度的关键因素。

关键词: 空间太阳能电站, 体展开桁架, 大折展比, 连续体模型, 运动学, 动力学

Abstract: Development of space solar power station technology has important strategic significance. Limited by the transport capability of launch vehicles, a truss mechanism with three-dimensional volume expansion is proposed. Through comparative analysis of various schemes, the basic components of deployable truss are constructed. On the basis of driving principle, kinematics analysis of deployable truss is carried out, which verified the feasibility of driving scheme. Based on the principle of energy equality, equivalent model of truss continuous beam is established, and a theoretical analysis of kinematic characteristics is made. At last, a prototype of scaling principle has been developed, and the expansion test, stiffness tests and dynamic test were carried out. The results show that the deployable truss has larger folding ratio and lighter weight, and reducing hinge clearance is the key to improve system stiffness.

Key words: space solar power station, 3D deployable truss, large folding ratio, continuum model, kinematics, dynamics

中图分类号:

V414

肖洪, 成正爱, 郭宏伟, 周璐, 王立, 楼云江, 刘海婷, 刘荣强. 空间太阳能电站大折展比体展开桁架机构[J]. 机械工程学报, 2020, 56(13): 128-137.

XIAO Hong, CHENG Zhengai, GUO Hongwei, ZHOU Lu, WANG LI, LOU Yunjiang, LIU Haiting, LIU Rongqiang. Large Folding Ratio 3D Deployable Truss Mechanism For Space Solar Power Station[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2020, 56(13): 128-137.

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