可展开桁架及锁定装置设计
文献综述
- 引言
桁架是由一些直杆组成的三角形框构成的几何形状不变的结构物。空间桁架各杆件轴线和所受外力不在同一平面上，其结点为光滑球铰结点。外界载荷或激励作用下能够使得结构部件的空间位置以及形状发生改变的可动桁架可归为可展开桁架。一般而言，外界驱动使得可展开桁架从收拢折叠状态以可控制的方式展开到预定的工作状态，且在展开后在可接受的载荷范内可保持展开桁架的力学稳定性。
随着航天技术的发展，可展开结构的研究成为航天领域的热点内容，研究人员对可展开结构进行了越来越深入的研究。基于便于运输以及储存的优点，迫切需要研究大口径、高精度、高稳定性和轻量化的天线来提高其传输宽带，信号增益等等。
空间桁架的发展经历了整体型结构、可展开桁架和分部组装式桁架三个阶段的发展。整体型桁架是空间桁架发展初期的结构形式，其结构形式较为简单，体积较小；为解决航天器的运载能力与人类对航天结构空间体积提出更高要求之间的矛盾，研究人员开发出了空间可展开结桁架；随着航天结构体积的增大，前两种结构已不能满足需求，这就需要拆散整体桁架，分别进行发射，然后在空间轨道上进行组装，这就是空间分部组装式桁架。可展开桁架依其结构形式进行分类，主要有伸展臂、太阳能帆板和空间可展开天线；依展开驱动源来分类，可分为微电机驱动、弹簧（扭簧、拉簧）元件驱动或充气膨胀、自伸展驱动等。
我们国家起步相对于西方国家较晚，目前相关学术技术方面相对落后，由于相关技术保密性较高，很难学习到外国同行经验，但我们在此方面不断创新和发展，必然会早日赶上直至领先。
- 国内外研究现状
- 国外研究现状
空间可展开结构的动力学理论分析主要借助于多体系统动力学的多年研究成果。多体系统动力学的研究内容包括运动、力、以及力与运动之间的关系，同时还有动力学基本方程的推导。其借助的理论为能量守恒原理、牛顿运动定律以及基于牛顿运动定律所衍生的动量定理、虚功原理、达朗贝尔原理等。在实际的多体系统动力学分析中，“拉格朗日”和“牛顿－欧拉”法以及凯恩法、图论法以及变分法最为常用。
国外研究人员早在20世纪60年代就将多体系统动力学的研究范畴拓展到了航天领域。国外研究人员采用多体动力学的理论分析方法对约束系统下的多体系统以及属于多体系统范畴的可展开结构进行了一些一些卓有成效的分析工作，分别在建立分析模型、动力学方程的解算、采用数值的方法进行分析以及采用程序进行仿真实验等方面进行了大量的研究工作。
研究工作中涌现出大量优秀事迹：Pellegrin和Calladine为研究使用铰接的杆件机构的力学特性，开辟了动力学方法研究的新领域；研究人员针对约束系统下的多体系统，提出了一种解决运动方程积分问题的新的方法；也有相关研究人员采用了广义坐标分离的方法来约束雅可比矩阵，从而求解多体系统运动方程。为将多体系统的基本动力学方程转换为常微分方程组的形式，研究人员采用了进行投影的方法实现上述目标：采用隐函数原理将微分方程组进行简化，以转变成特定参数下局部求解空间上的常微分方程组，进而采用基本求解方法求解常微分方程组，采用此方法，必须同时计算出约束切线空间上的基底向量。针对独立基底向量的求解问题，研究人员采用奇异值分解、QR 分解、克莱姆-施密特正交化等方法解决了上述问题。
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