航天器挠性附件动力学的若干基础问题研究

论文摘要

挠性多体系统动力学建模一直以来都是航天领域研究的重要课题,本文针对挠性多体系统,建立了带有一个挠性帆板的航天器动力学模型并在此基础上研究了太阳能帆板振动对航天器姿态的影响。同时研究了伸展悬臂梁的动力学特性.主要的研究内容分为以下几个方面:1.将挠性多体系统进行离散,应用牛顿第二定律,角动量定律和拉格朗日方程建立带一个挠性体航天器的平动,转动动力学方程以及挠性附件的振动方程。2.应用模态坐标法将航天器的平动,转动动力学方程以及挠性附件的振动方程按挠性附件的模态坐标展开。建立模态坐标系下航天器的动力学模型,并将之推广到带有N个挠性附件,带有结构阻尼等情况。3.利用有限元方法获得上面动力学方程中的多体系统的耦合系数,并推导了某种构型下航天器的坐标系转换矩阵。4.研究挠性多体航天器的动力学特性,并分析太阳能帆板振动对航天器姿态飞行的影响。5.考虑到大变形的影响,研究伸展挠性附件系统的在伸展过程的动力学特性。求解了线性的伸展悬臂梁动力学特性,利用改进的平均法求解了一阶的伸展悬臂梁非线性方程的解析解,并与数值解进行了对比。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题的主要研究内容
• 第2章 航天器的动力学方程
• 2.1 引言
• 2.2 中心刚体—挠性附件动力学建模方法.
• 2.2.1 中心刚体—柔性附件模型的的平动方程
• 2.2.2 中心刚体—柔性附件的转动方程.
• 2.2.3 柔性附件的振动方程
• 2.3 带N 个挠性附件的中心刚体-挠性附件动力学模型
• 2.4 柔性附件—中心刚体模型平动转动耦合系数获取方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 多挠体航天器的动力学特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 柔性附件与航天器中心刚体动力学耦合特性
• 3.3 本章小结
• 第4章 柔性附件伸展过程中动力学分析
• 4.1 引言
• 4.2 非线性伸展悬臂梁动力学方程的建立
• 4.3 线性伸展悬臂梁动力学特性计算
• 4.4 利用改进的平均法计算一阶非线性伸展悬臂梁动力学响应
• 4.4.1 平均法的主要思想
• 4.4.2 利用改进的平均法求解伸展柔性附件一阶振动方程
• 4.4.3 计算结果讨论
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加的课题
• 致谢