0 引 言

小型卫星空间交会对接技术在现代航天领域占据着举足轻重的位置，航天器空间对接成功与否关系着大型空间站的建立、航天器在轨服务寿命的延长及营救遇险航天员等空间活动的实施[1-3]。空间对接过程是极其复杂的运动学和动力学过程，并且伴随着碰撞和振动，只依靠数学模型对该过程进行分析研究是不够的，需要通过空间对接试验台对影响空间对接的各因素进行综合分析研究[4-7]。目前国内外较成熟的对接试验台有五自由度绳索式综合仿真试验台、六自由度混合式综合仿真试验台、五自由度气浮仿真试验台、篮球架式可移动多自由度交会对接仿真器等[8-11]。这些对接仿真试验台只能进行垂直或水平单一模式的对接试验，得到的技术数据不够全面，存在一定的盲区。综上所述，设计一台能同时实现多对接模式的一体机式复合对接试验台，对航天事业的进一步发展具有重大意义。

1 复合式对接试验台总体构型

本文在立式对接测试平台(如图1所示)的基础上遵循结构简单紧凑、质量轻、对接模式转换灵活的设计原则， 进行了复合式对接试验台的研究设计。

  

图1 立式对接测试平台

复合式对接试验台是指对接模式及功能非单一化的，可实现多种对接模式的一体机式对接试验台[12-13]。本文设计的复合式对接试验台主要由架体、运动模拟器、重力平衡装置、控制系统和检测及验证系统组成。其中运动模拟器由主、被动对接平台两部分构成，分别用于安装主、被动对接机构且分别设有转换机构。架体由空心方钢焊接而成，底部横梁设置了倒T型滑道，主动对接平台能沿此滑道进行移动。重力平衡装置采用的是吊装式结构，通过两套配重装置来平衡被动平台及对接机构被动部分的重量，以达到近似模拟太空失重环境的目的。复合对接试验台的总体结构及两种对接模式状态如图2所示。

  

图2 复合式对接试验台

当试验台从垂直对接模式向水平对接模式转换时，首先通过主、被动对接平台的转换机构分别将用于安装主、被动对接机构的底盘支撑组件和法兰盘相对旋转90°，底盘支撑组件和法兰盘的旋转角度通过角度传感器进行测量，然后调整主、被动对接平台垂直和水平方向间的距离以达到实验要求的距离，反向重复上诉动作便可使该试验台实现从水平对接模式到垂直对接模式的转换。

3.6.2 食管静脉曲张出血。我国约有50%肝硬化患者存在食管胃底静脉曲张，而肝硬化患者最常见的严重并发症之一，是门静脉高压引起的食管胃底静脉曲张破裂出血，年发病率为5%～15%，病死率超过20%[16]，食管静脉曲张常导致肝功能减退，并引发其他并发症，如细菌性感染或肝肾综合征。食管静脉曲张破裂引起突然大量呕血和黑便易诱发肝性脑病或导致出血性休克。反复的食管静脉曲张出血将引起患者焦虑、抑郁，使患者生活质量水平更低。是导致肝硬化患者死亡的主要原因。

与立式对接测试平台相比复合式对接试验台不仅具有六个自由度，且各自由度可实现独立运动且相互间不产生耦合运动，而且可以实现垂直和水平两种对接模式，且在两对接模式间可实现灵活转换，通用性好，适应不同对接机构及对接试验的要求。这在空间对接试验台的研究领域是一个新的突破，打破了对接试验台结构形式单一的局面，开启了垂直和水平两种方式相结合的一体机式对接试验新领域，为高精尖对接机构及小型卫星空间交会对接技术的研究提供更全面可靠的技术及数据支持。

2 复合式对接试验台关键部件结构设计

2.1 主、被动对接平台转换机构设计

运动模拟器是复合式对接试验台的重要组成部分，其功能是模拟小卫星空间对接运动，其中主对接平台模拟追踪卫星，被动对接平台模拟目标卫星[14]。从结构紧凑性和对接模式转换灵活性的角度考虑，对主被动对接平台转换机构进行了详细的结构设计。

广西宾阳竹编文化及其现代发展对策研究 …………………………………………………………………………… 覃秋萍（4/58）

媒体报道显示，西王集团下属的淀粉二厂刚刚动工时,王棣与工人们一起,每天清扫建筑垃圾,辅助拆卸、安装机器。在车间里工作,王棣跟其他工人做一样的工,并没有受到什么特殊照顾。数月后,他又被调入集团进出口公司实习,学习进出口贸易相关知识。为了不断充电和提高自己,他在其间曾赴纽约大学进修金融专业。

将β=arctanr/R代入上式得到摩擦力矩为：

科学技术的飞速前进，在弹性波理论与电磁波理论的基础上，涌现了大量的新型工程勘探技术，新型的与物理原理相匹配的数据采集设备不断引入。成本小而且勘探质量高、速度快。工程物探技术具有快速、信息量大等优点，与常规钻井方法相比，具有节省时间、节约成本、地形要求低、勘探精度高等优点。

因此球关节摩擦力矩为：

从而得到接触面正应力分布为：

  

图3 主动对接平台转换机构

  

图4 被动对接平台转换机构

2.2 重力平衡装置

众所周知空间对接环境为失重状态，因此对接试验台应具备模拟太空失重环境的功能[16-17]。复合式对接试验台采用吊装式重力平衡装置模拟失重状态。垂直对接模式下由于被动对接平台结构布局对称，其整体重心位于垂直中心线上，通过绳索另一端的配重块来平衡其重量以达到模拟太空失重状态，如图5(a)图所示。但在水平对接模式下由于结构布局的变化导致被动对接平台整体重心偏移，本文利用杆称的平衡原理通过重力平衡杆与配重滑块来解决这一问题，如图5(b)图所示。平衡杆通过法兰盘与十字形轴连接，配重滑块可在其上移动，从而起到平衡的作用。

图丽在Photokina上发布了两支兼容全画幅的Opera系列高端镜头，除了这支广角变焦镜头之外，还有一支50mm f/1.4定焦镜头。

  

图5 重力平衡装置

3 被动对接平台动力学分析

被动对接平台模拟的是被动对接机构在对接过程中的运动及姿态变化，其中绕X、Y、Z三轴的旋转运动是通过平衡组件与球关节相配合实现的。当平衡盘在平衡杆上的位置发生变化时平衡组件重心发生偏移产生偏转力矩，在该力矩的作用下，球关节与轴瓦间产生相对转动从而使末端执行机构发生偏转运动，如图6所示。由图可知，与立式对接测试平台相比复合式对接试验台的被动对接平台由于增设了转换机构导致球关节受力变大，球关节绕着某一轴进行旋转运动时球关节与轴瓦间的摩擦力增大。当摩擦力大于偏转力矩时致使球关节旋转达到预设的旋转角度要求。本文设计的复合式对接试验台要求三个转动自由度的运动范围在-5°～5°之间。

浅谈不同墩型与地形条件下的盖梁施工方法…………………… 胡学祥，孙二龙，郭千里，孙彬，韩存（11-180）

以绕ζ轴旋转为例，通过赫兹弹性变形理论对关节球旋转过程中所受的摩擦力进行分析[18-20]，如图7所示。球关节在转动过程中与轴瓦间产生的摩擦力矩与球关节转动方向相反，两者接触面上的正应力近似按余弦规律分布，用字母P表示，即p=p0cosα，p0为关节球任一点A处的正应力值，α为该受力点的半径与ζ的夹角。由公式Fζ=0得：

  

图6 执行机构

  

图7 球关节受力分析

 

被动对接平台由移动端、导向杆、球关节、吊架、转换机构和法兰盘组成，实现Z向移动及绕X、Y、Z三轴的转动(既滚转、俯仰、偏航运动)，为了保证四个自由度的运动不受影响，转换机构不仅要工作可靠，且要求结构简单质量轻，如图4所示。该转换机构由电机、蜗轮蜗杆、十字形轴构成。蜗轮与法兰分别位于十字形轴的两相邻轴端上，电机通过蜗杆带动蜗轮旋转，并将旋转运动传递给十字形轴，法兰盘随着十字形轴旋转，从而实现对接模式的变换。该转换机构的电机依然选用步进电机。

po=3Qcosθ/2πR2(1-cos3α1)

2.1.2 被动对接平台转换机构

 

主动对接平台主体由十字型布置的双层滑移导轨、转换机构及底盘支撑组件构成，可实现X、Y两个移动自由度[15]。转换机构的作用是在不改变该平台运动特性的前提下使其对接模式实现由垂直到水平的转换，该转换机构由电机、蜗轮蜗杆、齿轮、限位杆等组成，其结构如图3所示。电机通过蜗杆带动涡轮旋转，通过齿轮A将旋转运动传递给底盘支撑组件支架使其旋转一定角度，底盘支撑组件与支架相连接，从而实现垂直到水平对接模式的转换。该转换机构传动平稳，工作可靠，选用步进电机作为动力源。该电机精度高、响应快、可实现正反转。在模式转换过程中利用角度传感器来控制底盘组件的旋转角度。

 

其中：Q=200 N；摩擦系数μ=0.4；R=0.04 m，芯轴半径r=0.014 m，θ=5。计算得到当球关节绕ζ旋转5°时摩擦力矩Mζ=10.033 N·m。

2.1.1 主动对接平台转换机构

当球关节旋转时末端执行机构也发生偏转，同样会因重心的偏移将对球关节中心产生一个偏转力矩，其方向与摩擦力矩方向相同。设当球关节旋转角度为5°时，末端执行机构对球关节中心的最大偏转力矩为Mz,平衡组件产生的对球关节中心的最大偏转力矩为Mg。根据力学原理当下面公式成立时，球关节的旋转运动才能达到预定角度要求。

Mg>Mζ+MZ

求解力矩的计算公式为：

M=G∶·l

其中：G为各机构的重力；l为各机构到球关节中心的垂直力臂长度，各机构的偏转力矩计算过程这里不详述。综合考虑垂直与水平两种对接模式下末端执行机构的布局状态并通过分析计算可知Mg=8.2 N·m ，Mz=62.16 N·m。因此有：

Mg<Mζ+MZ

由分析计算结果可知，球关节处旋转角度不能达到5°，不满足设计要求。为了解决这一问题最简单而有效的方法为对平衡杆的长度进行优化，由以上计算可知平衡组件能产生的最大偏转力矩至少为73 N·m才能满足要求。通过反推计算得出平衡杆最小长度应为0.52 m，考虑到其他可能导致摩擦力增大的影响因素，取平衡杆长度为0.6 m。

4 主动对接平台底盘支撑组件有限元分析

主动对接平台底盘支撑组件的作用是安装和支撑主动对接结构，在垂直对接模式下对接机构的重量作用于底盘上，然而当复合式对接试验台由垂直对接模式变换到水平对接模式时主动对接机构的重量完全由支撑杆来承担，同时在自身重量的作用下支撑杆产生弯曲变形。支撑杆变形过大将影响对接机构的对接精度，本文参照三爪式对接机构的参数利用ANSYS Workbench软件中Static Structural模块对其进行变形和应力分析。

将模型导入Static Structural中，设置材料属性为45号钢，进入Modal模块采用四面体网格对模型进行网格划分，生成了25 693个单元和65 932个节点。三爪式对接机构主动对接机构重量为120 N,每根支撑杆承受20 N向下的力，施加载荷后通过solve求解得变形及应力云图，如图8所示。由分析云图得知最大变形量和最大应力如表1所示。

  

图8 底盘组件应变和应力云图

 

表1 分析结果

  

最大应力/MPa最大变形/mm1098×10-20141

由分析结果可知，支撑杆在水平对接模式下的最大变形量及最大应力值都非常小，所以支撑杆件不会产生较大的弯曲变形，不会导致其对接中心线的偏离，不影响对接精度。

5 结 语

本文在立式对接测试平台的基础上进行了复合对接试验台的构型设计，主要针对主、被动对接平台的对接模式转换机构、重力平衡装置进行了详细设计。同时，对被动对接平台球关节旋转运动进行了动力学分析，依据分析结果对平衡杆进行了优化，将其长度重新设计为0.6 m，从而使球关节的旋转运动满足设计角度要求。另外通过ANSYS Workbench分析软件对主动对接平台底盘支撑组件进行了静力学分析，验证其强度及刚度符合要求。复合式对接试验台可根据试验要求在垂直和水平两种对接模式间灵活地转换，并且具备实现自锁功能，工作可靠。本设计打破了地面对接模拟试验台对接模式单一，通用性差的局面，将在空间对接研究领域开启新篇章。

综合考虑项目需求及不同储能技术性能，采用铅碳电池储能技术，建设规模容量250kW/1.2MWh。储能系统由铅碳蓄电池单元、储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）、电池监控系统和预装式集装箱组成，项目采用“削峰填谷”运行方式，储能系统采用1个40呎标准集装箱，占地约30平方米。储能系统通过配电柜备用抽屉接入400V低压母线。详见图2所示。

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