中文摘要：

将单元机构沿线或面阵列组合而成的机构称为阵列组合机构，这种机构的运动缩放与构型保持等特性使其作为可展结构，越来越广泛的用于航天、航空和建筑等领域。然而该机构式结构在展开过程和承受载荷时极易发生运动卡滞或构型塌陷等现象，导致运动失步或结构失稳，造成巨大损失，故阵列组合机构的运动同步性与构型稳定性成为机构学领域亟待解决的科学问题。本项目基于单元机构的特性分析，建立单元机构运动和力传递函数；针对线、面阵列组合方式，采用螺旋理论建立阵列组合机构的运动与动力分析方法；引入同步铰链和构型自锁的概念，将螺旋动力学理论与循环结构有限元思想结合，发展形成运动同步性与构型稳定性的分析方法，并构建满足同步性和稳定性要求的阵列组合机构尺度优化算法；依据我国对大型航天天线的需求，开展环向阵列组合可展天线的理论与实验研究。本项目不仅对阵列组合机构设计理论与方法的建立具有科学意义，而且为航天可展结构的研制提供技术支撑。

结论摘要：

阵列组合机构是实现大型可展结构的重要途径，为了满足研制大型航天结构的需求，开展了阵列组合机构的运动同步性与构型稳定性研究。本项目完成了计划书中规定的全部工作，即完成了阵列组合机构的构型设计理论研究、阵列组合机构运动同步性分析、阵列组合机构构型稳定性分析、阵列组合机构的优化设计、阵列组合机构应用与实验研究等工作。本项目取得的重要成果有 1) 将阵列组合方式分为线状、环状、面状、径射状等四种，建立了这四种阵列组合机构的构型设计方法，为大型可展结构的构型设计奠定了基础； 2) 建立了阵列组合可展机构的结构参数优化设计方法。该优化设计以极小化质量和极大化第一阶固有频率为目标，以单元机构各杆的剖面面积为设计变量，采用人工神经网络拟合设计变量与目标函数间的关系，采用遗传算法求解多目标优化设计问题； 3) 建立了阵列组合机构自由度计算公式；基于运动影响系数法，依据单元机构之间的运动关系以及相邻节点间的运动耦合，形成了阵列组合机构的运动学分析方法，为运动同步性分析奠定了基础； 4）针对阵列组合机构是由单元机构组成这一特点，建立了单元机构的弹性动力学方程，并与运动副约束方程联立，形成了阵列组合机构动力学分析的有限元法，为可展结构稳定性分析奠定了基础； 5）在考虑单元机构组合时的运动约束关系的基础上，在组合机构的运动学方程中引入构件变形、铰链间隙、构件误差等的统计参数，形成了组合机构的运动随机方程，从而获得机构在不同运动时刻各单元机构间的运动失步量的统计矩,以失步量绝对值小于门槛值作为状态方程，创建了阵列组合机构的运动同步性分析方法； 6） 将弹性杆稳定性分析思想推广到剪式单元阵列组合机构的稳定性分析中，建立了阵列组合可展结构在展开状态时的结构稳定性分析模型和方法，分析了可展结构失稳时的临界载荷； 7）设计了剪式单元组合可展机构的实验件，搭建了可展机构运动同步性和结构稳定性实验台，开展了阵列组合结构的运动同步性和结构稳定性实验；设计了口径10米的环形阵列可展天线的原理样机，测试了天线系统的固有频率和固有振型，验证了本项目所提出的分析方法的正确性。本项目在国内外著名学术刊物上发表论文15篇；申请专利8项，软件登记8项；培养研究生9人。