弱撞击对接机构动力学特性建模

陈传志，汪 捷，陈金宝，邓卫华，崔继云

（1.南京航空航天大学航天学院，南京211106；2.深空星表探测机构技术工业和信息化部重点实验室，南京211106；3.航天东方红卫星有限公司，北京100094）

弱撞击对接机构（Low impact docking mecha⁃nism, LIDM）是当前空间交会对接任务中最具潜力的新型对接机构之一，为中国未来的载人航天工程、探月工程以及国际空间站的建立与对接等提供很大的应用价值[1]。为保证空间对接机构在任务过程中精准地完成捕获对接，对于空间对接机构在捕获阶段工况下的动力学建模与分析是十分有必要的。通过系统建立的动力学模型，可以从理论上研究力与力矩对于运动之间的关系，掌握运动下驱动力的变化幅度，了解捕获阶段的运动学关系，为后续的动力学机械特性研究与尺寸优化设计等提供基础。

早期的航天器对接任务并没有考虑对接机构的具体结构形式，只是单纯地把对接机构当成一个铰链或是弹簧阻尼等去考虑，例如Grubin[2]将航天器视为刚体，而对接机构直接视为一个接触点，分析了对接过程中不同阶段的接触力大小。随着对接动力学的发展，后续的学者逐步开始考虑对接机构本身对于交会对接任务中的影响，例如Ward等[3]在二维平面中分析了在不同的初始对接工况下，“锥⁃杆”式对接机构圆锥导引面对于捕获阶段的作用。国内学者对于对接动力学的研究起步于20 世纪80 年代。洪嘉振等[4]在多体系统的碰撞动力学、柔性多体系统动力学的建模理论、变拓扑多体系统动力学等研究领域做出重要贡献，最早利用经典碰撞理论分析了空间对接。……