挠性多体航天器姿态动力学建模与分析

针对带有多个挠性附件以及天线转动机构的卫星等多体航天器．利用伪坐标Lagrange方程建立了系统的姿态动力学模型。通过仿真计算．分析了星体与天线运动的耦合特性．以及挠性附件干扰对卫星姿态的影响．验证了数学模型的正确性。     

带太阳帆板航天器刚柔耦合动力学研究

以带有太阳帆板的航天器为研究对象,计及太阳帆板变形位移场的非线性耦合项,采用假设模态离散变形,基于Kane方程建立起系统的刚柔耦合一次近似动力学模型。分别就大范围刚体运动已知和未知两种情况下进行了数值仿真。仿真结果说明,此模型能准确的预示大范围运动下挠性航天器的动力学行为,而传统的零次近似动力学模型由于丢失了动力刚度项而会得到错误结论。     

考虑机翼柔性的起落架动力学建模与仿真

采用Jourdain速度变分原理和有限元离散化方法导出柔性机翼与刚性机身的耦合动力学方程,在此基础上考虑起落架缓冲系统的作用,得出整机着陆动力学模型。通过数值仿真对计及机翼柔性的起落架缓冲系统着陆动态性能进行研究,并与不考虑机翼柔性的情形进行对比。文中的结果表明机翼的柔性作用有利于降低缓冲器峰值载荷、峰值行程以及最大轮胎压缩量;但是降低了缓冲器吸收、耗散着陆撞击能的效率。因此大柔性机翼的飞机起落架缓冲系统设计有必要考虑机翼柔性的作用。     

太阳帆航天器动力学建模与求解

 太阳帆航天器动力学建模与求解是姿态控制与结构振动抑制的基础,具有重要的理论与工程意义。针对带有控制杆和控制叶片的太阳帆航天器,进行结构的合理简化。应用矢量力学基本原理,推导出考虑弹性振动的太阳帆航天器姿态动力学方程,再对其进行简化,分别得到基于控制叶片和控制杆的两类太阳帆航天器的姿态动力学方程,联立太阳帆支撑杆振动方程,结合非约束模态的定义对运行于超地球同步转移轨道的太阳帆航天器动力学方程进行了求解及分析,结果表明所建立的太阳帆动力学模型可准确地描述柔性太阳帆航天器的动力学特性。     

大型复合航天器的建模与分散控制技术

综述了空间站一类大型复合航天器的建模与控制方法,首先分析了大型复合航天器的结构动力学特性以及对其进行有效控制所面临的主要困难,然后研究了便于控制系统工程实现的大型复合航天器建模方法,继而对大系统分散控制技术在大型复合航天器控制中的应用前景作了详尽分析,指出分散变结构控制方法和分散协同控制技术在大型复合航天器控制中的优越性;最后还探讨了大型复合航天器系统设计中必须注意的一些工程实际问题。     

运动导弹激励下柔性导轨振动的多体动力学分析法

针对导弹轨式发射采用柔性接触进行动力学建模后计算稳定性差、结构复杂时计算规模大的问题,提出了一种用能随柔性导轨变形的柔性点线约束来替代导弹定向钮与导轨之间接触关系的建模方法;基于有限元模型、单段导轨多体动力学模型和多段拼接导轨多体动力学模型的模态和静态对比分析,验证并消除了应力刚化效应的影响;在考虑导轨应力刚化效应的前提下构建了运动导弹激励下柔性导轨振动的多体动力学模型。仿真结果表明,该方法不仅可以有效解决柔性体接触算法计算量大、计算稳定性差等问题,而且也具有较好的仿真精度。该方法可为复杂导弹发射系统发射过程的多柔体动力学建模提供可行的简化途径。     

基于QSS的自适应多步校正算法及其在柔性航天器动力学中的应用

量化状态系统（QSS）算法是一种基于状态变量离散化的数值积分方法,该方法与基于时间离散的传统方法显著不同,QSS通过计算状态变量每次跃迁所需的时间来推进下一步的积分。在求解非刚性常微分方程时,QSS算法比传统算法更具优势,但它不适合求解刚性问题。为此提出一种基于QSS的自适应多步校正算法（AMCQSS）,该算法以QSS为基础、结合隐式多步法思想,在计算过程中可以自适应选择二步法或三步法,以有效提高求解刚性问题的精度和效率。通过对柔性航天器动力学的仿真求解,验证了算法的可行性。将该算法与ODE23tb、ODE15s、ODE45以及QSS等算法进行对比,结果表明AMCQSS算法既能保证求解的效率及精度,又具有较好的收敛性和稳定性。     

大型挠性充液卫星的动力学模型

研究了带有多个挠性附件和液体燃料贮箱的中继卫星系统的动力学建模问题。给出了微重力下小幅线性晃动等效模型基本参数，用混合坐标法描述中继卫星系统的构形，利用虚功原理推导出的矩阵形式的中继卫星动力学模型简洁且具有一般性，适用于许多开链飞行器系统。     

航天器贮箱变质量流固耦合系统的动力学响应

研究了航天器贮箱变质量流固耦合系统的动力学特性.根据虚拟质量法(VMM),结合边界元法和有限元法构建了系统的动力学模型,建模过程中着重考虑了质量变化对系统的动态影响.通过Newmark直接积分法计算出贮箱变质量系统的振动响应.结果表明:由于系统质量减少,引起了系统振动频率的增大,并产生一个附加负阻尼.系统的振动频率的范围可以通过系统质量的范围确定.变质量引起的附加负阻尼的大小与系统的质量变化率成正比.对于系统的横向振动,质量减少引起的附加负阻尼在整个过程对系统振动的影响比较稳定,对于系统的纵向振动,质量减少引起的附加负阻尼对系统振动的影响随时间的增加而增大.      

大展弦比飞机运动稳定性建模及分析

随着飞机设计技术的提高和新型材料的应用,现代飞机气动弹性效应越来越显著,刚体运动和弹性体振动互相解耦的关系不再明显,在分析弹性飞机相关问题时,应该综合地、统一地考虑飞行动力学与气动弹性力学问题。本文在一般体轴系下综合考虑了飞机刚体运动自由度和弹性振动自由度,建立弹性飞机刚弹耦合运动的方程,通过在配平状态下引入小扰动运动假设,以及利用有理函数拟合技术将偶极子格网法计算所得到的频域非定常气动力转化为时域形式,建立了大柔性飞机刚弹耦合小扰动状态空间方程,并对纵向运动稳定性进行分析计算。针对文中构型飞机,运用本文所采用的方法计算所得结果与传统的线性及刚体计算所得结果进行对比分析,非线性计算方法所得颤振速度更小,而且失稳模态亦发生变化,对于飞行力学模态而言,长周期模态稳定性变差,在计算速度范围内出现失稳的现象,由此说明机翼大变形对飞机稳定性所带来的影响。     

挠性航天器动态输出反馈控制中的“溢出”管制方法

研究挠性空间飞行器控制系统鲁棒设计的动态输出反馈控制系统中的“溢出”管制问题,给出了抑制“溢出”的正交空间法和参数优化方法,而且通过在设计指标中引入对“溢出”的管制项,使控制系统最佳设计和“溢出”管制结合起来,达到了减少“溢出”,改善系统鲁棒性的目的。     

弹性变形对柔性飞艇气动特性的影响

设计加工具有相同几何外形的刚性飞艇模型和可变内压的柔性飞艇模型,并进行了低速风洞实验。研究了内压变化对柔性模型阻力和俯仰力矩特性的影响,比较了柔性模型和刚性模型气动特性的差异。实验结果表明,随着内压的增加柔性模型的阻力呈下降趋势;对于具有相同几何外形的柔性和刚性模型,柔性模型的阻力明显大于刚性模型;刚性模型的尾翼对俯仰力矩的影响较大。     

基于特征模型的失效航天器消旋控制

失效航天器一般有复杂的运动和较大的角速度,采用机械臂直接抓捕目标容易导致非预期碰撞,如果先采用接触式消旋操作降低目标角速度,会大大降低服务卫星抓捕目标的难度。针对空间翻滚非合作目标的接触式消旋控制存在接触动力学模型不确定性的问题,提出了一种基于特征模型的自适应控制方法。首先通过接触式消旋的物理机理分析,建立消旋系统动力学模型;进一步在动力学特性分析基础上构建描述接触碰撞后目标角速度的特征模型,并确定模型参数范围;然后基于该模型设计黄金分割自适应控制律。仿真结果表明,该方法有效克服了消旋过程中接触碰撞模型存在的不确定性,并且消旋速度快且消旋后的残余角速度小。     

考虑刚体/弹性耦合的飞机动稳定性研究

以大展弦比无人机为例,研究刚体运动对飞机纵向气动伺服弹性(ASE)稳定性以及弹性运动对飞机纵向飞行力学稳定性的影响。针对带有反馈控制的飞机,建立了时域的刚体/弹性耦合运动方程;以刚体运动频率与一阶弹性频率的比值为参数,分别研究有无刚体模态时的ASE系统稳定裕度和有无弹性模态时的飞行力学稳定裕度。数值仿真表明,当飞机刚体运动频率与一阶弹性频率的比值大于0.01时,飞机刚体运动对ASE稳定裕度的影响逐渐显现;当该频率比值大于0.03时,飞机弹性运动对飞行力学稳定裕度的影响开始突现;当该频率比大于1时,刚体弹性耦合效应不可忽略。     

柔性风轮的动态入流效应研究

基于BEM修正模型和Pitt-Peter模型,推导出非定常流下的动态入流模型。利用四阶Runge-Kutta法求解动态入流模型中的一阶微分方程。考虑大型机组柔性叶片工作过程中发生大尺度变形的特点,加入柔性结构变形对动态入流模型的反馈。分别研究风力机在风剪、风湍流、偏航、叶片桨距角和风轮转速变化过程中的诱导因子的渐变机理。运用MATLAB进行编程,对某5MW风力机进行动态诱导因子计算,建立起诱导因子的动态描述,得到适合柔性叶片翼型的动态入流模型及分析方法。通过对比几种不同模型的计算结果,验证了加柔性结构反馈的动态入流模型的正确性和实用性。     

柔性空间飞行器的变结构控制

 本文研究了大型柔性结构空间飞行器的控制问题。采用设定模态法,将系统化为常微分方程组所描述的系统。此系统是非线性的,被控运动是绕中心毂体的转动机动运动,并详细的讨论了变结构控制规律的应用。