空间绳系系统非线性动力学分析与应用

发布时间：2020-10-17 21:57

　　 空间绳系系统是当代空间技术发展的一个新领域,因其广阔的应用前景,目前已成为航天研究的热点之一。本文展开空间绳系系统动力学与应用的研究,在不同的模型下对平衡点及稳定性、能量采集及可达域等方面进行分析,结合数值仿真结果对空间绳系系统的设计提出建议。论文主要内容如下:研究了空间绳系系统动力学及平衡点与稳定性。在椭圆型限制性地月三体系统中,建立空间绳系系统轴向弹性伸长的非线性动力学方程,对系统的平衡点及稳定性进行分析。而后利用多尺度法求出非线性动力学模型的动力学渐近解,给出相轨迹、庞加莱截面和功率谱密度,以及系绳长度、运动速度和能量采集等稳态幅频曲线,并数值验证解析解的有效性,对系统参数的选取提出建议。以地月L_2侧为例,建立考虑面内摆动及弹性伸长的完整非线性耦合动力学方程,略去与偏心率有关的外载荷求取系统的平衡点。基于多尺度方法求解稳态幅频响应,得到了由系绳的弹性系数、长度和阻尼所决定的稳态输出功率的近似解析解。还研究了输出功率峰值下的共振及相应的共振区域,讨论参数的合理选取方案。最后确定最优阻尼及相应的自然长度和弹性系数。研究了地月L_(1/2)侧的基于空间绳系系统的能量采集及可达域。对L_1侧的动力学系统进行平衡点及稳定性分析,选择使系统稳定运行的系绳长度和弹性系数。对不同条件下能量采集效果进行分析对比,并利用雅克比积分对有效载荷释放的可达域进行了研究。最后就系统参数选择和能量采集器及有效载荷释放的设计提出了建议。
【学位单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V41
【部分图文】：

度根据实际要求各不相同，可以短至几十米，势和设计初衷就在于可以利用系绳的长度来增对目标进行远距离操作非常有利。因为更大的量范围更广。绳系系统的空间分布特性不仅可统与空间环境交互作用的基础。空间环境许多供大尺寸结构,相互作用的效果才具有了实际的太空天梯课题已经激发了各国航天机构和学“太空电梯”的研究工作进行到收尾阶段，美国梯已成为世纪挑战的首选项目，目前已取得了功建造能够在月球使用的太空电梯，日本科研。我国清华大学魏飞教授团队与李喜德教授团提高到 80 GPa 以上，理论计算表明，碳纳米材料[2]。随着新材料等关键技术的迅速发展，

13图 2.3 L1侧 n(ξe)随 ξe的变化及稳定性出，当 <2.69384 时得到的平衡点是不稳定的。如图 段中开始出现稳定的平衡点。当 >3.3624353 时，左端，所有的平衡点在物理上均可实现，而当 >44.45709稳定的。由此分析可以得出， >2.69384 是必须保证的

沈阳航空航天大学硕士学位论文大一些的值则可以使系统具有更高的可靠性。2.3.2 L2侧的平衡点及其稳定性在空间绳系系统的 L2侧，将平衡点的范围限制在 ξe∈[dML2, 5]内。通过分析公式(2.12)和(2.13)，在研究中选取 n=0.01, 0.99771, 1.5, 2.5 以及 =0.14, 1.1, 1.421048, 2.70898 绘制 (ξe)和 n(ξe)的图像分别如图 2.4(a)和(b)所示，同时，图 2.4(b,b.1)给出了稳定性的分析结果。
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本文编号：2845356