搜索
ICAD课程设计说明书磁力矩器平台之研究院系航空航天工程学部（院）专业飞行器设计与工程（空间方向）班号24030601学号2012040306028学生张亮指导教师杨靖宇沈阳航空航天大学2015年9月II承诺书本人声明所呈交的课程设计说明书是本人在导师指导下进行的设计工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得沈阳航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权沈阳航空航天大学可以将论文的全部或部分内容进行存档，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文。（保密的论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：2015.9.18沈阳航空航天大学CAD课程设计1摘要CATIA作为CAD软件的一种，源于航空航天工业，以其精确安全，可靠性满足商业，防御和航空航天领域各种应用的需要，因此利用CATIA对航天器部件的模拟是十分必要的。在绘制磁力矩器平台时，主要应用了拉伸，旋转，凹槽，孔，装配时主要应用了相合约束。关键词：CATIA，磁力矩器，装配。沈阳航空航天大学CAD课程设计2ABSTRACTCATIA,oneoftheCAD,originatesfromtheaerospaceindustry,statisfycommercial,defenceandaerospaceapplicationsofvariousneedswithitsprecisesafetyandreliability.So,theuseofCATIAsimulationofspacecraftcomponentsisverynecessary.Whendrawthemagnetictorquerplatformmainlyusedforstretching,rotaing,grooves,holes,mainlyusedintheconstraintwhenassembly.Keywords:CATIA,magneticrods,assemble.沈阳航空航天大学CAD课程设计3目录第一章绪论……………………………………………………………………...……………..….71.1软件CATIA简介……………………………………………………...……………………71.2磁力矩器简介………………………………………………………………………….....…8第二章制图过程…………………………………………………………………………………..102.1零件绘制…………………………………………………………………………………….102.1.1上壳体………………………………………………………………………………...102.1.2磁力矩器棒…………………………………………………………………………...112.1.3平板…………………………………………………………………………………...122.1.4支架………………………………………………………………………………..…132.2装配………………………………………………………………………………………….13参考文献……………………………………………………………………………………………16致谢………………………………………………………………………………………………..17在学期间的研究成果及发表的学术论文…………………………………………………………18附录…………………………………………………………………………………………………19沈阳航空航天大学CAD课程设计4LISTOFTABLES表1.1磁力矩器应用情况表………………………………………………………………………….9沈阳航空航天大学CAD课程设计5LISTOFFIGURES图2.1.1上壳体内部结构图……………………………………………………………………10图2.1.2上壳体的三视图……………………………………………………………………….11图2.1.3磁力矩器棒……………………………………………………………………………11图2.1.4平板与支架接触的一面………………………………………………………....……12图2.1.5平板与支架接触的另一面……………………………………………………....……12图2.1.6支架…………………………………………………………………………….…...…13图2.2.1上壳体与磁力矩器棒装配图………………………………………………...….……13图2.2.2上壳体与平板装配图…………………………………………………………………14图2.2.3总装配图…………………………………………………………………...…….……14图2.2.4总装配图的三视图……………………………………………………………....……15沈阳航空航天大学CAD课程设计6缩略词缩略词英文全称CATIAComputergraphicsAidedThree-dimensionalInteractiveApplicationCADComputerAidedDesign沈阳航空航天大学CAD课程设计7第一章绪论1.1CATIA简介CATIA英文ComputeAidedtri-DimensionalInterfaceApplication的缩写。是世界上一种主流CAD/CAE/CAM一体化软件。在70年代DassaultAiation成为了第一个用户，CATIA也应运而生。从1982年到1988年，CATIA相继发布了1版本、2版本、3版本，并于1993年发布了功能强大的4版本，现在的CATIA软件分为4版本和5版本两个系列。4版本应用于UNIX平台，5版本应用于UNIX和Windows两种平台。5版本的开发开始于1994年。为了使软件能够易学易用，DassaultSystem于94年开始重新开发全新的CATIA5版本，新的5版本界面更加友好，功能也日趋强大，并且开创了CAD/CAE/CAM软件的一种全新风格。法国DassaultAiation是世界著名的航空航天企业。其产品以幻影2000和阵风战斗机最为著名。CATIA的产品DassaultSystem成立于1981年。而如今其在CAD/CAE/CAM以及PDM领域内的领导地位，已得到世界范围内的承认。其销售利润从最开始的一百万美圆增长到现在的近二十亿美圆。雇员人数由20人发展到2000多人。CATIA是法国DassaultSystem公司CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子\电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争和生产力的提高。CATIA提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括:从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过13,000的用户选择了CATIA。CATIA源于航空航天业，但其强大的功能以得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。CATIA的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了CATIA在CAD/CAE/CAM业内的领先地位。模块化的CATIA系列产品提供产品的风格和外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。CATIA产品基于开放式可扩展的V5架构。通过使企业能够重用产品设计知识，缩短开发周期，CATIA解决方案加快企业对市场的需求的反应。自1999年以来，市场上广泛采用它的数字样机流程，从而使之成为世界上最常用的产品开发系统。CATIA系列产品在八大领域里提供3D设计和模拟解决方案：汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计（主要是钢构厂房）、建筑、电力与电子、消费品和通用机械制造。CATIA提供了完备的设计能力：从产品的概念设计到最终产品的形成，以其精确可靠的解决方案提供了完整的2D、3D、参数化混合建模及数据管理手段，从单个零件的设计到沈阳航空航天大学CAD课程设计8最终电子样机的建立；同时，作为一个完全集成化的软件系统，CATIA将机械设计，工程分析及仿真，数控加工和CATweb网络应用解决方案有机的结合在一起，为用户提供严密的无纸工作环境，特别是CATIA中的针对汽车、摩托车业的专用模块。1.2磁力矩器简介卫星姿态控制系统概述卫星的姿态控制是指对卫星绕质心施加力矩，以保持或按需要改变其在空间定向的技术。它确保卫星飞行过程中姿态的确定和调整，从而顺利完成既定的飞行任务。根据是否具有姿态测量和是否需要消耗卫星上的能源可以分为被动姿态控制(利用卫星本身的动力学特性或利用卫星与周围环境相互作用产生的外力矩作为控制力矩源)、主动姿态控制（利用星上能源依靠直接或间接敏感得到姿态信息、按一定的控制律操纵控制力矩器实现姿态控制）以及)半被动姿态稳定和半主动姿态控制(前二者者的结合使用)。由于主动姿态控制具有控制精度高、反应快、能实现复杂的控制任务的特点，主动姿态控制被大量的引用于各类近地小卫星。主动姿态控制由三部分组成，包括姿态敏感器、控制器、和执行机构，执行机构依产生力矩的原理，可以分为三类：喷气执行机构（例如喷气发动机）、机电执行机构（例如反作用飞轮、动量轮）、环境力执行机构（例如磁力矩器）。与喷气执行机构、机电执行机构相比，环境力执行机构具有节约能源，不存在质量变化的问题、硬件简单、轻便的特点，被广泛应用。磁力矩器已经成功地应用于自旋卫星，双自旋卫星，重力梯度稳定卫星以及三轴稳定卫星的姿态控制。自从20世纪80年代现代小卫星概念的提出，小卫星的发展非常迅速，由于之前卫星的姿态控制系统已经不再适用于小卫星，所以各国都致力于研究新的，适用于小卫星的姿态控制系统，新的姿态控制系统必须具备结构简单，质量轻，工作时间长和可靠性高等特点，结合地球低轨道卫星所处的区域地磁场强度较强，以磁力矩器作为执行机构的姿态控制系统被提出并且的到了长足的发展。另外，磁控在抢救失控卫星时，曾起过显著地作用。为了提高应用卫星控制系统的可靠性与存活率，也常以磁力矩姿态控制模式作为备用或安全模式。磁力矩器是主动姿态控制中的一种执行机构，由磁力矩器主要由通电回路和相应的驱动控制电路两部分组成。通电回路可以分为两种，一种是没有磁芯，直接由线圈缠绕成矩形框状，另一种是将线圈缠绕在磁芯（长条棒状）上，由于线圈匝数非常多，所以线圈可能在磁芯上缠绕多层，所以有线圈的连接方式有三种方式，包括串联，并联，混联。磁力力矩器利用磁性线圈或电磁铁产生磁偶极子矩，与地球磁场相互作用而产生作用与卫星的控制力矩，可用于补偿小干扰力矩引起的姿态偏移和对动量交换装置进行卸载。国外在将磁力矩器用于姿态控制方面起步较早。沈阳航空航天大学CAD课程设计9此外，卫星采用的姿态稳定方式有两种，一种是自旋稳定，其主要利用陀螺的定轴性，使卫星的自旋轴自发的保持稳定，但只有一个轴是稳定可控的，优点是实现简单，只需要火箭末级或星上起旋火箭工作即可起旋。缺点是星上质量必须对称分布，载荷受限，定向天线不易安排，姿控和轨控比较麻烦。另一种是三轴稳定，这种稳定方式就是卫星不进行旋转，本体在三个轴上均可以实现稳定可控，即与地球保持一定的姿态关系，优点是能适用于绝大多数卫星，易满足载荷的定向要求，轨控较易于实现，但需要增加姿态控制系统，对控制的要求更高。磁力力矩器利用磁性线圈或电磁铁产生磁偶极子矩，与地球磁场相互作用而产生作用与卫星的控制力矩，可用于补偿小干扰力矩引起的姿态偏移和对动量交换装置进行卸载。国内外的小卫星使用的磁力矩器大多是由３个通电回路和相应驱动控制电路组成。在卫星本体坐标Ｘ、Ｙ、Ｚ三个正交方向分别安装通电回路，通过安装支架固连于卫星本体，磁力矩器的驱动控制电路接收卫星姿态控制计算机输出的