微小卫星软对接技术对于其在轨操作与功能扩展具有十分重要的研究价值与广泛的应用前景。接触问题在软对接过程中扮演着十分重要的角色,建立精确的动态接触模型是微小卫星软对接建模的关键环节。本文分别采用数值方法与解析方法建立微小卫星软对接动力学模型。其中,数值方法主要通过引入变分不等式接触理论,提出了基于变分不等式接触原理的微小卫星软对接动力学建模方法。解析方法主要通过采用Kane分析方法建立软对接刚柔耦合动力学模型,提高了微小卫星软对接动力学特性的快速预测能力。并进一步开展了地面模拟实验验证以及关键影响因素分析。通过因素联合作用分析,提出基于相对捕获速度判据的参数设计可行域确定方法,为微小卫星软对接系统参数设计与优化提供一定参考与借鉴。论文主要研究内容包括:首先,对变分不等式接触基本原理及其在微小卫星软对接建模中的应用展开研究,提出了基于变分不等式接触原理的微小卫星软对接通用建模方法。从接触问题基本约束条件出发,介绍变分不等式接触基本方程的推导过程以及数值求解方法。基于变分不等式接触原理,建立微小卫星软对接动力学模型,并给出相应有限元数值求解方法。通过模型求解与商用有限元软件仿真结果之间的对比发现,传统有限元接触算法基于罚函数理论,实现过程简单,但无法避免接触刚度对仿真结果的影响;而变分不等式接触算法通过引入带约束优化算法,直接求解实际物理情形下接触问题所满足的不等式约束条件,在给出合理求解结果的同时,可有效避免接触面之间相互侵入现象的发生以及用户自定义接触刚度对求解结果的影响。其次,对软对接动力学解析建模方法展开研究,提出了一种基于Kane分析方法的微小卫星软对接动力学特性快速预测方法。在解析建模过程中,将微小卫星软对接动力学问题分解为三个子问题,分别为刚柔耦合动力学问题、杆锥接触问题以及对接杆动力学描述问题。进而针对上述三个子问题给出具体求解方法:通过采用Kane分析方法建立微小卫星软对接刚柔耦合动力学模型;基于Hertz椭圆接触理论建立球头与内锥面接触模型;通过考虑刚性星体的影响,推导复杂边界条件下对接杆振动模态型函数及其频率方程。联合三个子问题的求解方法,最终获得对微小卫星软对接动力学问题的求解。接着采用编程算法流程图,详细介绍解析模型的编程实现过程。通过将解析模型求解结果同VI模型与LSDYNA仿真结果进行比较分析,验证解析模型的合理性。接着,对软对接地面模拟实验方法展开研究,提出了在地面条件下模拟微小卫星软对接的具体实施方案。软对接地面实验系统设计主要包括实验总体方案、应变测量实验系统与速度测量实验系统三部分。实验总体方案主要阐述地面实验设计原理及实验系统组成,通过在地面模拟两星对接过程,测量对接杆振动变形与两星平移速度等参量。应变测量实验系统主要介绍柔性对接杆上各点应变的测量方法以及通过应变间接测量对接杆振动变形的具体实施方法。速度测量实验系统主要介绍通过视频法获取两模拟星在接触平面内平移速度变化情况。通过地面模拟实验,在直观认识微小卫星软对接动力学过程的同时,对本文所提出软对接动力学建模方法进行了实验验证。进一步地,对软对接系统主要影响因素及其影响情况展开分析讨论。首先通过分析软对接系统组成情况,确定影响其对接动力学性能的主要参数为以下四种:1)对接杆弯曲刚度;2)对接锥锥角;3)对接杆顶端与内锥面接触表面光滑度;4)两星初始相对速度。接着分别探讨了上述四种参数单独或联合作用时,对接触力时间历程、对接杆变形以及对接杆顶端球头能否顺利进入对接锥末端捕获区域等结果的影响情况。最后,对微小卫星软对接系统参数设计展开研究,提出了基于量化指标的参数可行域设计方法。结合微小卫星对接捕获装置工作原理,定义两星质心相对速度在目标星轴线方向的分量为两星相对对接速度,并进一步将捕获前两星相对对接速度定义为相对捕获速度。基于上述定义,提出以两星相对捕获速度为判据的微小卫星软对接模型仿真过程中成功实现对接捕获的量化标准:1)对接杆顶端球头需运动至对接锥末端捕获区域;2)两星相对捕获速度处于一定数值范围内(该值域需根据实际捕获装置性能确定)。基于此判据,分别探讨了对接杆弯曲刚度、对接锥锥角、接触表面光滑度以及两星初始相对速度等四种因素对软对接能否顺利实现捕获的影响情况,并给出以相对捕获速度为参考的参数设计云图。