交会对接(RVD)是进行空间组装、空间救援、深空探测等的必要技术,也是我国载人航天第二步战略的关键技术,而建立交会对接仿真系统是深入研究交会对接技术的重要途径。本文以交会对接仿真系统研制为背景,研究了带有周边式对接机构的航天器对接动力学问题,并开发了对接动力学仿真系统(DDSS)。全文的工作包括以下几个方面的内容:1.建立了周边式对接机构的复杂几何外形的数学描述,描述了对接初始条件范围内,两对接机构相互接近、捕获过程中可能出现的20种设计接触模式,并针对初始接触点首次提出20种非设计接触模式;利用计算机图形学中可见面判别的Z-缓冲算法原理,给出了所有接触模式的检测算法,该算法的仿真结果与辅助向量法高度一致,验证了算法的有效性;进行了300组确定首次接触点的随机仿真,统计结果表明,在飞船上实时进行非设计接触模式的预测是非常重要的。2.用牛顿-欧拉法分别建立了对接过程各阶段的相对动力学方程。其中缓冲系统采用六个自由度上的等效弹簧阻尼模型,碰撞力采用非线性弹簧模型,以连续力的方式作用。另外还建立了分离段的作用力模型。3.对捕获段对接动力学方程组的求解难点进行分析,给出了变步长策略以及求解算法,并给出了整个对接过程的求解流程图;分析了对接动力学仿真系统的需求和设计原则,描述了系统的基本结构和模块划分,并对软件功能进行了介绍。4.建立了捕获段与缓冲段的ADAMS仿真模型,其中对接机构采用精确的实体三维模型,缓冲力模型同上,接触力采用ADAMS软件提供的的Impact模型。整个仿真模型包括实体、作用力、测量、传感器以及仿真脚本等。5.对各种对接初始偏差,分别用ADAMS与DDSS进行了大量的仿真研究:(1)考察了接触点处库仑摩擦力对仿真结果的影响;(2) ADAMS与DDSS对比分析结果相互验证了模型及算法的正确性。(3)大量的仿真结果反映了对接机构有较好的捕获能力;(4)进行了最小纵向接近速度分析与最小推力分析。本文的研究工作较好的解决了对接动力学的仿真问题,开发的对接动力学仿真软件在交会对接仿真系统中得到了重要的应用。