电动力缆绳展开特性研究

论文摘要

在低地球轨道上残留着许多小的空间碎片。这些空间碎片的日益增多给人类未来的空间活动造成了巨大的潜在危险,对此,许多国家相继提出了缓解空间碎片继续增多的方法和措施,电动力缆绳离轨方式就是在这样的背景条件下被提出来的。目前对电动力缆绳离轨系统的研究大多针对于低地球轨道卫星。本文在前人研究的基础上对电动力缆绳的展开特性问题进行了进一步的研究。1)分析电动力缆绳离轨系统离轨原理,针对电动力缆绳离轨系统运行的空间环境,分析了可能影响电动力缆绳离轨系统的空间因素,给出了前人建立的精确地磁场模型,大气密度模型等为以后准确仿真及分析做准备。2)对电动力缆绳离轨系统进行了动力学分析及建模。因为考虑到电动力缆绳具有质量轻、柔性大和阻尼小等特点,把原来的集中质量模型的绳索质量考虑成分段的质量元来分析电动力缆绳离轨系统的动力学特性。本文假设这些质量元被一些弹簧和粘性阻尼器连接着。在此基础上研究质点受力,建立电动力缆绳离轨系统动力学模型。在十三阶精确地磁场模型下,仿真分析了电动力缆绳的展开过程,以及展开过程中终端球体的运动情况。根据仿真结果,分析电动力缆绳的展开稳定性问题。并通过仿真分析了大气阻力在缆绳展开过程中的影响作用。3)改变电动力缆绳展开时初始轨道参数以及系统本身参数,包括初始轨道高度,初始轨道偏心率,终端球体质量,电动力缆绳横截面积,来分析各参数对电动力缆绳展开过程的影响。重新设定适当的系统参数稳定电动力缆绳的展开。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 国内外研究现状分析
• 1.3.1 国外在电动力缆绳离轨系统方面的发展概况
• 1.3.2 我国在电动力缆绳离轨系统方面的研究概况
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 空间飞行器运行环境基础理论
• 2.1 电动力缆绳离轨系统的原理
• 2.2 地磁场模型
• 2.2.1 精确地磁场模型
• 2.2.2 常见的简化地磁场模型
• 2.3 大气阻力摄动
• 2.3.1 大气密度影响因素
• 2.3.2 CIRA 大气密度模型
• 2.3.3 气动力
• 2.4 地球扁率摄动
• 2.4.1 均质椭球的势函数
• 2.4.2 地球扁率的摄动效果
• 2.5 坐标与坐标变换
• 2.5.1 常用坐标系
• 2.5.2 坐标变换
• 2.6 本章小结
• 第3章 电动力缆绳离轨系统建模及仿真
• 3.1 电动力缆绳离轨系统动力学模型建立
• 3.1.1 重力
• 3.1.2 洛仑兹力
• 3.1.3 弹性力
• 3.1.4 结构阻尼力
• 3.1.5 大气阻力
• 3.2 电动力缆绳展开过程仿真
• 3.2.1 不同时刻电动力缆绳展开状态
• 3.2.2 各变量随时间的变化情况仿真
• 3.2.3 附加大气阻力之后的仿真
• 3.3 本章小结
• 第4章 初始轨道参数对缆绳展开过程的影响
• 4.1 初始轨道高度对缆绳展开过程的影响
• 4.2 初始轨道偏心率对缆绳展开过程的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 系统参数对缆绳展开过程的影响
• 5.1 终端球体质量对缆绳展开过程的影响
• 5.2 电动力缆绳横截面积对缆绳展开过程的影响
• 5.3 重设系统参数稳定电动力缆绳展开
• 5.3.1 1000km轨道电动力缆绳参数设置及仿真结果
• 5.3.2 300km轨道电动力缆绳参数设置及仿真结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢