Research of flexible beam impact dynamics based on space probe-cone docking mechanism

The issue considered in this paper is the dynamic behavior of flexible probe based on space probe-cone docking mechanism in the docking process. The theoretical model of docking impact dynamics based on flexible beam is built according to the Lagrange Analytical Mechanics theory. The contact problem is solved by using Hertz point-surface contact model. Assumed Modes Method is introduced to describe the deformation of flexible beam. Runge–Kutta numerical method is used to solve this theoretical model. Results of the theoretical model show a good agreement with the experimental and MSC.Patran/Dytran simulation results. Moreover, the influence of flexible beam parameter on docking impact process is analyzed based on the theoretical model.     

结构动力特性分析中的圆角建模方法

针对薄壁结构中存在大量的圆角,提出了运用梁单元与壳单元组合的建模方法对圆角进行等效建模。通过分析圆角对薄壁结构的刚度贡献,提出圆角对结构刚度的贡献分为面内刚度贡献和面外刚度贡献。圆角对面外刚度的贡献与梁的作用等效,通过运用扭转相关理论推导出等效梁单元的截面参数。对于圆角的面内效应,运用壳单元对其进行等效建模,采用平面应变状态假设,将三维结构简化为二维结构。在平面内,通过刚度等效原理计算出壳单元的等效厚度与弹性模量。通过2个实例验证了圆角建模方法的正确性与准确性。      

复合材料薄壁梁几何非线性分析

根据复合材料薄壁梁变形的特点,假设截面有面外翘曲,应变沿薄壁厚度方向 呈二次曲线形式变化,采用9节点平面单元模拟复杂薄壁截面,用27节点体单元模拟面外翘 曲变形.在Hamilton原理基础上,采用非线性有限元理论,用T.L.法,将位移等状态量写成 增量形式后,推导出了任意复杂截面薄壁复合材料梁计入剪切翘曲大变形分析的几何刚度矩 阵,建立了一个新的任意复合材料薄壁截面梁几何非线性分析模型,并进行了算例验证.算 例表明,建立的模型正确,能够进行复合材料薄壁梁几何非线性分析;截面翘曲对复合 材料梁的变形影响明显;与相关文献做比较,说明了模型的优越性.      

非合作自主交会对接的动态障碍物躲避制导

首先,在视线坐标系下建立了系统相对运动状态方程,将人工势函数制导方法应用于航天器的非合作自主交会对接任务和动态障碍物躲避问题。其次,利用Lyapunov稳定性理论分析证明了在该制导方法控制下系统的稳定性,并且研究讨论了两种不同情形下的动态障碍物躲避效果,分析了人工势函数制导方法的应用能力。最后,用精确的数学模型进行了数值仿真,验证了制导方法应用于所研究问题的正确性和有效性。     

基于非线性变形场的柔性多体系统动力学

采用非线性变形场描述，将变形场表达为变形广义坐标的二阶小量形式，应用Ｋａｎｅ方法 建立了计及动力刚化项的柔性多体系统动力学模型，通过算例的数值仿真证明了本文模型的有效性和广泛的适用性。     

航天器对接接触过程撞击动力学分析

空间对接接触撞击过程动力学特性是载人航天空间对接机构研究设计的基础．本文针对先进而复杂的异体同构周边式对接机构,运用矢量力学方法和粘弹性理论,建立了航天器空间对接接触撞击过程动力学模型,给出了接触撞击载荷显示表达式,并结合工程问题算例进行了初步打靶计算和统计分析,取得了较为满意的统计结果．     

对接机构缓冲系统性能对对接过程的影响研究

缓冲系统的性能是决定对接过程的动力学特性、对接机构的性能以至对接成败的重要因素。在尚不具备试验条件的情况下,利用计算机对对接过程做动力学仿真是检验和校正所设计的缓冲系统性能参数、评定所设计的缓冲系统性能的有效方法。文章以具有机电混合缓冲系统的内翻式异体同构周边对接机构为研究对象,通过对对接过程的动力学仿真,着重研究了缓冲系统的性能对对接过程的影响。所得结论为缓冲系统的工程设计提供了依据。     

空间运动体上梁的三维动力学建模和仿真

对附着在空间运动体上梁的动力学问题进行了研究,运用Lagrange方法建立了中心刚体作任意三维运动时,梁作横向振动和纵向振动的动力学方程,考虑了柔性梁的横向弯曲变形所带来的纵向位移,这种耦合变形使所得到的振动方程包含了动力刚化效应,这是与传统的梁振动模型的不同之处,最后通过仿真算例验证了该方法.      

车身薄壁梁结构轻量化设计的理论研究

薄壁梁是车身骨架结构的基本承载单元.为研究车身轻量化对其刚度的影响,首先推导了两端固支梁的静态弯曲和扭转刚度表达式.为获取最佳截面的轻型结构,分别研究了薄壁梁的截面尺寸和壁厚等几何参数对其刚度/质量比的影响.分析了用轻质材料替代传统钢材对其刚度和结构尺寸的影响.对开环与闭环截面梁的刚度/质量比进行了比较.分别找出了能显著影响上述薄壁梁的弯曲和扭转刚度的几何和材料参数.提出了获得高刚度车身典型薄壁梁的轻量化设计原则.     

空间对接机构差动式缓冲阻尼及传动系统力学特性研究

空间对接机构差动式缓冲阻尼及传动系统的模化是航天器对接动力学中的核心内容之一,本文在分析该系统运动学原理的基础上研究系统的动力学特性,给出了精确的动力学模型,进行对接动力学仿真研究。      

遥感相机次镜组件等效模型的研究

试验模态分析在航空航天领域结构力学的研究中得到广泛的应用,而且起到相当重要的作用。文章探讨了较易破损或是比较昂贵结构的试验模态分析方法－等效模型法。该方法是基于理论和结构灵敏度分析,研究原型与等效模型材料不同时的等效模型研制方法。这一方法被应用于某遥感相机的次镜组件的模态试验分析,得到了较好的结果。     

导弹数字化对接系统动态测量算法设计及对接试验研究

针对我国导弹生产过程中舱段对接精度差、效率低且一致性差的问题,提出了一种结合激光跟踪仪及Steward平台的导弹数字化对接系统。在基于激光跟踪仪的动态测量方面,提出采用阵列靶球和T-Probe相结合的测量方式,通过对阵列靶球的测量获得高精度基准,通过对T-Probe的测量实现动态测量,从而实现对导弹舱段的高精度且高动态测量。基于所提出的导弹数字化对接系统,进行了导弹舱段数字化对接试验。试验结果表明,导弹舱段间导向销的径向峰值偏差为0.26mm,姿态峰值偏差为0.015°,能够满足导弹对接导向销的安全对接条件,对接时间小于25秒,提高了导弹舱段对接的精度及效率。     

基于非线性模型预测的绳系系统系绳摆振控制

针对绳系系统离轨稳定控制问题,开展了系绳和绳端卫星构成的绳系系统在拖拽离轨过程中系绳摆动稳定控制方法研究。在考虑拖拽离轨过程中约束下,首先建立了包含绳端卫星的姿态运动的模型,并建立了绳系系统的离轨动力学方程和便于控制器设计的简化动力学方程。其次根据模型预测原理以最优化方法设计参考轨迹,最后以模型预测控制方法为基础设计了稳定系绳摆动的非线性模型预测控制方法。使用MATLAB软件平台仿真,验证了所设计的参考轨迹能完成目标和模型预测控制器有好的跟踪能力。      

含非线性特性的卫星压紧释放机构动力学研究

针对卫星新型压紧释放机构的局部非线性特性，建立局部非线性结构模型，通过模拟加载得到局部非线性结构的力-位移曲线，根据实际结构的工作情况定义结构等效刚度载荷和位移限制的选取原则，并求解结构等效刚度取值区间，最后针对天线动力学特性开展区间不确定性分析。分析结果与试验结果能够很好地吻合，天线基频误差在10%以内，满足工程应用需求，说明该分析方法的有效性。提出的局部非线性结构等效刚度区间分析方法可为卫星天线新型压紧释放机构非线性动力学分析提供解决途径，也可为其他局部非线性结构动力学分析提供参考。     

可重复使用飞行器再入姿态的区间二型自适应模糊滑模控制设计

针对具有强非线性、多变量耦合特性的可重复使用飞行器（RLV）,同时考虑模型参数不确定性和外界干扰对飞行器再入姿态跟踪的影响,提出了一种基于区间二型自适应模糊滑模的姿态控制方法。首先,建立飞行器再入动态模型,并基于反步思想将控制模型转化为姿态角和角速率相关子系统。其次,将模型参数不确定性和外界干扰视作子系统非线性项的一部分。再次,采用区间二型模糊系统逼近子系统非线性项,并结合自适应技术和滑模控制方法分别设计虚拟控制量和实际控制量。此外,引入一阶低通滤波器用以处理子系统虚拟控制律。通过Lyapunov方法的分析证明了闭环控制系统的稳定性,且飞行器姿态跟踪误差可收敛于原点附近的小邻域。最后,利用飞行器的数值仿真验证了所设计控制方法能有效跟踪飞行器参考指令,且对外界干扰有较强的鲁棒性。      

串联半物理仿真机构的刚度辨识与时滞误差补偿

空间操作半物理仿真系统是在地面模拟太空环境验证空间技术有效性的常用方法之一,但是系统内存在不可避免的时间滞后会出现结果失真和能量发散的现象.针对串联半物理仿真机构系统失真问题,从力测量系统滞后和控制系统的动态响应延迟两个方面出发,建立了空间碰撞的动力学模型和基于刚度辨识的力补偿模型,提出了基于测量力方向投影辨识碰撞方向和接触刚度的补偿算法,将对测量力的补偿转化为串联半物理仿真机构的位置控制补偿.串联半物理仿真机构的单自由度碰撞进行数字仿真,验证了该力补偿方法的可行性,提高了半物理仿真的复现精度.该方法从力产生的原因出发建立补偿模型,为深入研究空间操作半物理仿真系统失真问题提供了一种新的思路.