充气太阳能帆板展开动力学数值模拟预报

充气太阳能帆板是一种通过气体驱动支撑管展开的新型太阳能帆板。首先简要介绍其研究进展，然后针对充气展开支撑管，提出了分段式充气体积控制模型，基于LS—DYNA模拟了空间环境下Z型折叠充气太阳能帆板在支撑管无约束与有轴向约束控制时的展开过程，分析了支撑管每折叠段的气压变化，上横板的动力学特性以及基板的平面外振动，预报了展开过程中支撑管与基板的接触碰撞，并通过悬吊式展开试验验证了计算结果。结果表明，本文计算能够预报充气太阳能帆板在空间展开的动力学特性。     

典型折叠充气管的建模修正与展开仿真

本文分别研究了Z形、卷曲形、嵌套形折叠充气管的有限元建模方法。折叠充气管在进行有限元建模时,由于折叠部位内外层蒙皮的长度不一致给模型带来几何误差。不同的折叠方式建模技巧各不相同,引入的误差量也各不相同,本文着重分析了Z形折叠和卷曲形折叠建模所产生的几何误差,并提出了相应的修正方法。针对三种典型折叠方式,建立了相应的有限元模型,并应用控制体积算法实现了充气管的展开仿真。仿真结果验证了修正方法的有效性。增加尼龙粘扣是实现长卷曲折叠管的有控制展开的有效手段之一,本文采用失效连接来模拟尼龙粘扣的作用,比较了有、无尼龙粘扣的卷曲管的展开过程。仿真结果表明采用尼龙粘扣既不会明显带来充气管额外质量和刚度的增加,又可保证展开次序和展开方向的可控性,改善了展开过程的稳定性。     

太阳帆技术综述

文章简要阐述了太阳帆的概念、主要结构和技术,参考美国L’Garde公司的太阳帆展开设计,对涉及的充气及刚化予以概述,为研究分析太阳帆的展开技术提供借鉴。     

薄膜充气管展开模拟试验

根据多体理论中凯恩方法建立的折叠充气管模型,模拟研究了V形折叠充气管的充气展开动力学特性.由管内气压变化与充气展开时间的关系,分析了不同充气速率和初始展开角时展开加速度与时间的关系.结果表明:该模拟方法有效,展开加速度与充气速率总体成正比.另发现,为改善充气管的展开动力学性能,需控制特定展开角度范围内的加速度波动.     

太阳帆技术综述

文章简要阐述了太阳帆的概念、主要结构和技术，参考美国L’Garde公司的太阳帆展开设计，对涉及的充气及刚化予以概述，为研究分析太阳帆的展开技术提供借鉴。     

大型反射面的充气展开动力学研究

为了掌握大型反射面从收拢状态到完全展开状态的动力学特性，采用气囊模型和控制体积(CV)法对反射面的充气展开过程进行研究。建立了包含中心轮毂、肋板、支撑杆、薄膜圆环和张拉绳的反射面有限元模型，提出逆解法获得折叠收拢状态下反射面的节点坐标，给出了充气展开动力学分析流程，获得了恒定充气速率下展开过程中圆环充气体积、环内压力等参数与展开时间的变化规律。结果表明，采用充气技术可进行大型反射面有序可控展开，反射面的充气展开过程分初始收拢状态、解锁释放、肋板展开、保压稳定四个阶段，地面充气展开试验结果验证了仿真分析的准确性。     

带移动滑块太阳帆航天器姿态控制技术研究及仿真

针对以移动滑块为控制执行机构的太阳帆航天器,基于拉格朗日分析力学建立了航天器-滑块两体系统非线性耦合动力学模型。分外环和内环回路,各自设计了基于增益调度的变增益LQR控制器和带非线性补偿的PD控制器。建立ADAMS实体仿真模型,在MATLAB/Simulink软件中建立姿态控制系统仿真平台,以行星际太阳帆航天器轨道转移过程中姿态控制任务为例进行ADAMS-MATLAB动力学联合仿真实验。结果表明:设计的控制律能有效抑制光压干扰力矩对航天器姿态的影响,可实现太阳帆航天器的大角度快速姿态机动及长期姿态稳定。     

带移动滑块的太阳帆航天器动力学建模与姿态控制

针对以移动滑块为控制执行机构的太阳帆航天器,基于拉格朗日分析力学建立了航天器—滑块两体系统非线性耦合动力学模型.为简化控制律设计,将控制回路分为内外环,并分别设计控制律.外环以航天器姿态为受控变量,滑块位移为控制输入;内环以滑块位移为受控变量,滑块驱动力为控制输入.最终将控制律代入系统原非线性模型,以行星际太阳帆航天器姿态控制任务为例进行数值仿真.仿真结果表明,以移动滑块为执行机构,采用所设计控制律,可以实现太阳帆航天器快速姿态调整及长期姿态保持.     

大角速度柔性航天器动力学模型修正

将拉格朗日方程及其准坐标形式用于中心刚体加柔性附件航天器的拉格朗日函数,推导了中心刚体加柔性附件航天器动力学模型。针对航天器大角速度,分析中心刚体角速度对角动量方程的影响,对传统动力学模型进行修正。航天器绕惯量主轴大角速度自旋仿真结果验证了修正后的动力学模型对于大角速度航天器的有效性。     

火星EDL过程动力学建模与仿真

针对火星着陆器的进入、减速和着陆(EDL)过程的关键动力学问题,分别建立着陆器进入、降落伞拉直、充气和稳定着陆等各阶段的较精细的动力学模型,并构建初步的多学科集成分析框架。基于着陆器六自由度刚体模型,仿真研究火星进入弹道的动力学特性;采用过载上升段自适应控制开伞策略,确定降落伞的开伞条件;利用降落伞拉直充气经验模型以及九自由度物-伞多体系统模型,研究降落伞减速过程的动力学特性;采用面向对象设计语言,建立EDL多学科集成仿真框架,从而实现火星着陆器从进入点至着陆点EDL全过程的参数化建模。本文所建模型可有效预测火星EDL过程的运动特性,也可指导深空探测中EDL系统的分析设计。