緊密連接的多剛體系統(tǒng)可在脫離運(yùn)載航天器后在軌自主分離,無(wú)需多次利用航天器發(fā)射裝置或在航天器中安裝多個(gè)發(fā)射裝置進(jìn)行分離釋放,從而有效提高運(yùn)載航天器空間利用率,簡(jiǎn)化分離釋放操作和降低碰撞風(fēng)險(xiǎn).本文針對(duì)多剛體系統(tǒng)的在軌分離釋放問(wèn)題,研究在軌分離策略及釋放過(guò)程動(dòng)力學(xué).首先,考慮剛體相對(duì)運(yùn)動(dòng)及姿態(tài)變化,基于虛功原理及自然坐標(biāo)方法建立單個(gè)剛體的動(dòng)力學(xué)模型.考慮多剛體系統(tǒng)在軌分離釋放階段的軌道運(yùn)動(dòng)和連接約束變化,計(jì)入分離時(shí)剛體間的相互作用,利用拉格朗日乘子法獲得含連接約束的非線性動(dòng)力學(xué)模型.考慮到實(shí)際工程應(yīng)用,在多剛體系統(tǒng)分離釋放階段,通過(guò)安裝在剛體間每個(gè)接觸表面4個(gè)角上的彈射裝置實(shí)現(xiàn)自主分離.其次,為保證分離過(guò)程中剛體之間無(wú)碰撞發(fā)生,規(guī)劃了多剛體系統(tǒng)的分離時(shí)序,并基于不同彈射方向及分離順序設(shè)計(jì)了兩種分離釋放方案.最后,通過(guò)算例研究分析了在軌分離釋放過(guò)程中剛體的非線性動(dòng)力學(xué)行為,驗(yàn)證了分離釋放方案的有效性.

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【部分圖文】：

圖1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的參考坐標(biāo)系

多剛體系統(tǒng)M處于近地赤道圓軌道,建立慣性坐標(biāo)系和軌道坐標(biāo)系O1XYZ和O2xyz,它們均為右手正交坐標(biāo)系,如圖1所示.慣性坐標(biāo)系以地球中心O1為原點(diǎn),O1X軸在赤道平面內(nèi)并指向春分點(diǎn),O1Z軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合;軌道坐標(biāo)系以系統(tǒng)質(zhì)心O2為原點(diǎn),O2x軸和O2y軸分別指向天頂和系統(tǒng)飛....

圖2多剛體系統(tǒng)構(gòu)型

將單個(gè)剛體及系統(tǒng)均視為長(zhǎng)方體構(gòu)型,多剛體系統(tǒng)由這N個(gè)相同的獨(dú)立剛體緊密連接而成.如圖2所示,設(shè)多剛體系統(tǒng)共有n層,每層剛體個(gè)數(shù)為N/n.單個(gè)剛體質(zhì)量為m,質(zhì)心慣量矩陣為J,尺寸為l×b×h,其中l(wèi),b及h分別表示剛體長(zhǎng)、寬和高.1.1空間剛體力學(xué)模型

圖3自然坐標(biāo)描述剛體運(yùn)動(dòng)

自然坐標(biāo)方法采用剛體上兩個(gè)固定點(diǎn)的位矢及兩個(gè)不共面的單位矢量作為廣義坐標(biāo),以描述剛體的空間運(yùn)動(dòng).兩個(gè)固定點(diǎn)分別為剛體質(zhì)心C和剛體上表面一點(diǎn)j,如圖3所示.此外,剛體上有一固連坐標(biāo)系Cξηζ.初始時(shí)刻,坐標(biāo)軸Cξ,Cη和Cζ分別與軌道系的3個(gè)主軸平行.剛體廣義坐標(biāo)在軌道坐標(biāo)系中給出....

圖4兩個(gè)剛體之間的連接約束

將式(10)和式(11)組成的剛體間連接約束投影到各個(gè)坐標(biāo)軸上,即得9個(gè)約束方程.通過(guò)施加這些連接約束,剛體1和2組裝成一個(gè)多剛體系統(tǒng).若該剛體系統(tǒng)需要與新增加的剛體連接,則需再確定一個(gè)連接約束點(diǎn),并建立與相連接剛體的局部坐標(biāo)系間的關(guān)系,即每多一個(gè)剛體連接,則多出9個(gè)約束方程.一....

本文編號(hào)：3920787