[发明专利]杆锥式对接机构的对接杆的弹性模量取值范围的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及中小型卫星对接碰撞技术领域，具体而言，涉及一种杆锥式对接机构的对接杆的弹性模量取值范围的确定方法及杆锥式对接机构。

背景技术

未来中小型卫星对接过程，不需要进行人员与货物的运输，杆锥式对接方案具有可行性。现有技术中的杆锥式对接机构在设计过程中，将主要关注点放在了对接缓冲装置的设计上，而对接杆的设计方法鲜有提及。然而，带缓冲装置的杆锥式对接机构大多结构比较复杂，不适合在中小型卫星上的应用。

目前，文献“Xiang Z,Yiyong H,et al.Research of flexible beam impact dynamics based on space probe-cone docking mechanism[J].Advances in Space Research.2012,49:1053-1061.”提出了一种基于柔性杆技术的软对接方案，该方案利用柔性杆的变形特性实现对接碰撞冲击效果的缓冲，从而简化对接机构的复杂结构，为中小型卫星对接过程的应用提供理论指导。

另外，文献“Xiang Z,Yiyong H,et al.Design of docking probe based on dynamics model of flexible beam impact[J].Applied Mechanics and Materials.2012,120:371-374.”对对接杆的结构构型设计开展了一些探究性工作。

然而，对接碰撞过程中，对接杆与对接锥相互之间可能产生的碰撞毁伤却暂时无人考虑，但考虑接触碰撞毁伤对未来对接机构重复使用设计意义重大。通过杆锥式对接机构对接过程的地面模拟实验发现，对接机构传统采用的铝制对接杆与对接锥，在发生碰撞接触时，球头表面与内锥面均将受到一定程度的毁伤。

发明内容

本发明旨在提供一种杆锥式对接机构的对接杆的弹性模量取值范围的确定方法及杆锥式对接机构，以解决现有技术中对接过程中碰撞接触可能对对接锥的内锥面造成的损伤的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种杆锥式对接机构的对接杆的弹性模量取值范围的确定方法，包括以下步骤：步骤S10：确定杆锥式对接机构的动力学方程式；步骤S20：确定杆锥式对接机构的接触区域内的法向接触力和法向压缩量之间的第一关系方程式，其中，法向压缩量为对接杆的法向压缩量和对接锥的法向压缩量之和；步骤S30：获取一组被动端参数和多组主动端参数；步骤S40：将一组被动端参数、多组主动端参数及第一关系方程式分别代入动力学方程式进行迭代计算得到与每组主动端参数一一对应的多个杆锥式对接机构的对接杆和对接锥在接触区域内的法向接触力的最大值；步骤S50：确定接触区域内的接触应力与法向接触力之间的第二关系方程式，将多个法向接触力的最大值代入第二关系方程式，以得到多个接触应力的最大值；步骤S60：根据多组主动端参数中多个对接杆的弹性模量和多个接触应力的最大值确定多个接触应力的最大值和多个对接杆的弹性模量之间的关系曲线，根据关系曲线确定对接杆的弹性模量的取值范围。

进一步地，动力学方程式如下：