面向非合作目标的空间绳网旋转展开动力学特性研究

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悬浮在地球周围的空间碎片是人造卫星严重的潜在威胁,具有大尺度冗余抓捕特点的绳网捕获形式具有重要的应用需求,而采用火工装置直接抛射展开空间绳网,存在对发射卫星平台冲击大、绳网展开后网体构型维持时间短的问题。为提升绳网的捕获性能,对低冲击的发射展开和绳网展开后长时间的在空间保形的研究具有重要意义。本文通过建立拉格朗日动力学解析模型研究基于中心毂轮旋转和基于周置旋筒旋转两种绳网展开方案。采用无控展开和受控展开两种形式分析了不同方案下绳网实现稳定展开的可能性。通过对比不同方案下的控制力矩幅值和工程实现难度确定最佳旋转展开方案。提出了一种数值模拟柔性绳网结构在空气阻力下运动的实现办法,并通过地面实验进行了验证。构建了基于中心差分算法的有限元模型,对网臂旋转展开过程和绳网旋转展开过程进行了仿真模拟,讨论了有限元模型和解析模型间的差异性及其产生原因。基于网体有限元仿真模型,分析了绳网与旋筒间的牵拉传力形式、绳网系统特征参数、旋筒控制方案及对应的力矩加载策略、延迟扰动控制对绳网展开过程中有效捕获面积的影响;设计了周置旋筒旋转展开实验,为绳网系统旋转展开的摩擦影响研究提供参考。
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