19469

۱۹۴۶۹

تحليل و كاهش اثر ضربه با طراحي مكانيزمي جديد و مؤثر براي اتصال دو سازه فضايي

دكتري تخصصي

طراحي كاربردي

۱۳۹۷/۶/۳۱

دكتر كامران دانشجو

مكانيك

در اين رساله، به بررسي پديده ضربه در فرآيند اتصال دو سازه ي فضايي در ابعاد ميكرو پرداخته و يك مكانيزم مؤثر بر پايه ي سيستم پين-مخروط مجهز به جاذب شوك براي كاهش اين پديده پيشنهاد شده است. در مدلسازي، از هر دو نوع جاذب هاي شوك ويسكوز و نيز مغناطيسي جريان گردابه اي استفاده شده است. به طور كلي در فرآيند اتصال، ماهواره خدمت رسان به عنوان ماهواره ي تعقيب كننده و ماهواره ي نيازمند به خدمت رساني ماهواره هدف شناخته مي شود. در سيستم پين-مخروط، پين و مخروط به ترتيب بر روي ماهواره هاي تعقيب كننده و هدف متصل مي شوند. در مقايسه با ساير سازوكارهاي رايج در فرآيند اتصال دو ماهواره، كه در آنها اتصال پين به بدنه ي اصلي ماهواره تعقيب كننده به صورت كاملاً صلب فرض مي شد، در اينجا يك مكانيزم دو درجه آزادي براي پراب نسبت به ماهواره ي تعقيب كننده در نظر گرفته شده و كل فرآيند اتصال، از لحظه ي تماس اوليه تا اتمام فرآيند دستگيري، توسط آن شبيه سازي شده است. به دليل وجود پديده ي ضربه حين اتصال، از مدل پيوسته لنكراني-نيكروش براي مطالعه ي اثر ضربه در مجموعه ي ديناميك چندجسمي مسئله استفاده شده است. در ابتدا، مدل تحليلي مسئله پيشرو، توسط ديناميك چندجسمي غيرمقيد و نيز مدل ديناميكي مقيد فرمول بندي و ارزيابي شده و سپس، يك روش جديد اعتبارسنجي براي مسئله ارائه شده است كه در آن بدون نياز به حل مستقيم مسئله مدلسازي مقيد، مي توان صحت نتايج را ارزيابي نمود. پس از آن، كل فرآيند مربوط به اتصال دو ماهواره در نرم افزار Matlab/Simulink جعبه ابزار SimMechanics كه مربوط به مدلسازي ديناميكي مسائل چندجسمي است، شبيه سازي شده و در انتها به بررسي نتايج عددي حاصله پرداخته شده است. پس از اعتبارسنجي ديناميك مسئله توسط روش هاي مذكور، براي اثبات اثربخشي مكانيزم پيشنهادي در اجراي فرآيند دستگيري ماهواره هدف، از دو سازه ي كوچك با سه درجه آزادي در صفحه، كه يكي از آنها به مكانيزم دو درجه آزادي شامل جاذب شوك ويسكوز و ديگري به ناحيه ي مخروطي مجهز گرديده اند استفاده شده و به عنوان كار تجربي در انتهاي رساله ارائه شده است. به دليل وجود محدوديت در فرآيند استخراج داده هاي تجربي، تنها به نمايش اجراي موفق عمليات اتصال دو ماهواره پرداخته شده است. با درنظرگيري انعطاف پذيري مناسب، مكانيزم پيشنهادي قادر به كاهش چشمگير اثر ضربه و افزايش زمان تماس نسبت به سازوكارهاي موجود و نيز اجراي موفق فرآيند دستگيري مي باشد.

1397/07/16

An Efficient Buffering Mechanism in Impact Reduction during Capture Process of Space Vehicles

10/8/2018 12:00:00 AM

In this thesis, the effect of impact on the dynamic behavior of micro-sattelites has been investigated and a new buffering mechanism, which is based on probe-cone docking unit equipped with shock absorbers, has been introduced to remarkably decrease the impact phenomenon during capture process. In the theoretical model, it has been used the viscous damper as well as eddy current damper. In general, docking mission requires at least two spacecraft: active and passive ones called chaser and target, respectively. In the probe-cone docking mechanism, the docking probe and docking cone are mounted on the chaser and target satellites, respectively. Compared to the current mating systems in which the docking probe was tightly clamped to the main body of chaser, the proposed buffer can freely experience both translational and rotational motions with respect to chaser. The Lankarani-Nikravesh contact force model is used to study interaction between multibody systems. First, the theoretical model has been formulated by unconstrained multibody dynamics together with constrained multibody model. Second, according to a new alternative validation approach, which is based on constrained multibody problem, the accuracy of presented model can be also evaluated. This proposed verification approach can be applied to indirectly solve the constrained multibody problems by minimum required effort. Third, the entire docking process has been built in Matlab/Simulink’s SimMechanics multibody virtual environment from initial contact to simulation time in order to ascertain the correctness of the theoretical model. Finally, a simple planar ground-based setup has been established to prove the ability of the proposed buffer in capturing target vehicle. Numerical results indicate that the proposed buffering mechanism with proper joint flexibilities is able to considerably reduce impact force, to remarkably increase the total contact duration and to successfully implement the capture mission.