面向在轨靠泊加注的管路力学分析与优化设计

作     者：孙志成 李世鹏 宋晓东 黄奕勇 张欢 闫明政 SUN Zhicheng;LI Shipeng;SONG Xiaodong;HUANG Yiyong;ZHANG Huan;YAN Mingzheng

作者机构：北京理工大学宇航学院北京100081 飞行器动力学与控制教育部重点实验室北京100081 军事科学院国防科技创新研究院北京100071 

出 版 物：《宇航学报》 (Journal of Astronautics)

年 卷 期：2022年第43卷第9期

页      面：1196-1207页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(11872108) 

主　　题：在轨加注 椭圆螺旋管路 轴向刚度 优化设计 在轨靠泊 

摘      要：面向在轨伸出式靠泊加注任务,针对对接过程中加注管路因同步外伸而产生附加力的问题,提出了一种偏置椭圆螺旋构型的加注管路。首先,推导了管路的轴向刚度和应力数学表达式,通过有限元仿真和实验校验了上述两个表达式的准确性。之后,将偏置椭圆螺旋管路与其他三种适用管路在同一设计空间下分别进行了基于最小轴向刚度的构型优化设计,得到了上述四种管路各自的最优构型与最小附加力,形成了该类在轨加注螺旋管路的完整设计方法。与仿真和实验结果对比,所推导的管路轴向刚度与应力数学表达式的相对误差均小于5%,可用于该类管路的设计分析。与无偏圆螺旋管路相比,所提出的偏置椭圆螺旋管路将靠泊加注对接过程中的管路附加力降低了约83.5%,更适用于在轨靠泊加注任务。