三体自旋绳系编队系统动力学及控制
发布时间：2022-12-09 06:00
随着人类对宇宙空间探索的不断深入,空间绳系编队系统作为一种新型的在轨航天器,以其机动性强、观测范围广、可重复使用等优点正受到越来越多的关注。绳系编队系统的稳定性保持、动力学响应、收放控制及相关的地面模拟实验都是当前热门的研究课题。如何保证绳系编队系统的在轨稳定性、如何对其进行有效且可行的释放/回收,都直接关系到系统能否真正地投入使用,而由于真实的在轨实验代价极高,如何在地面对相关理论进行模拟实验验证则显得尤为重要。基于绳系编队系统广阔的应用前景,本文对一种自旋三体绳系编队系统进行研究。主要研究内容如下:1.建立三体绳系编队系统在非惯性参考系下的动力学方程,通过动力学仿真研究三体绳系编队系统保持稳定自旋的临界转速,并利用Floquet理论对系统周期运动解的稳定性进行理论证明。同时,研究J2摄动、热效应及大气阻力等摄动因素对系统稳定性的影响。2.研究三体自旋绳系编队系统的释放控制策略,分别对系统的自由释放、匀速释放及减速释放过程进行分析。其中自由释放是利用系统自旋过程中产生的离心力将系绳展开;匀速释放是利用星体末端的系绳释放装置进行速度和拉力的控制,并通过喷气力对负拉...
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 绳系编队系统理论研究现状
1.2.1 绳系编队系统稳定性研究
1.2.2 环境摄动对绳系编队系统的影响
1.2.3 绳系编队系统收放控制理论研究
1.3 绳系编队系统实验研究现状
1.4 本文研究内容及结构安排
第二章 非惯性参考系下绳系编队系统建模
2.1 三体环形绳系编队系统动力学方程
2.1.1 不计系绳质量的动力学方程
2.1.2 考虑系绳质量的动力学方程
2.2 摄动因素分析
2.2.1 J_2摄动
2.2.2 热效应
2.2.3 大气阻力
2.3 初始条件分析
2.4 多体环形绳系编队系统动力学方程
2.5 小结
第三章 三体自旋系统周期运动稳定性及动力学分析
3.1 稳定性证明
3.2 动力学分析
3.2.1 自旋速度对稳定性的影响
3.2.2 轨道高度对稳定性的影响
3.2.3 绳长对稳定性的影响
3.2.4 初始位置对稳定性的影响
3.3 摄动因素对系统稳定性的影响
3.3.1 J2摄动对系统稳定性的影响
3.3.2 热效应对系统稳定性的影响
3.3.3 大气阻力对系统稳定性的影响
3.4 小结
第四章 三体自旋系统释放控制策略
4.1 自由释放
4.2 控制展开策略
4.2.1 匀速释放过程
4.2.2 减速释放过程
4.3 摄动因素下的释放稳定性
4.3.1 J_2摄动对释放稳定性的影响
4.3.2 热效应对释放稳定性的影响
4.3.3 大气阻力对释放稳定性的影响
4.4 小结
第五章 地面模拟实验
5.1 地面物理仿真平台介绍
5.1.1 卫星模拟器
5.1.2 基于视觉的动态测量系统
5.2 基于天地动力学等效的动力学相似原理
5.3 系统性能验证
5.4 自旋绳系编队系统稳定性验证实验
5.5 小结
第六章 总结与展望
6.1 本文的主要工作与贡献
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间四星绳系闭合系统自旋平衡构型保持控制[J]. 叶国宇,龚德仁,蔡慧敏,段登平. 浙江大学学报(工学版). 2017(07)
[2]Nonlinear dynamics of flexible tethered satellite system subject to space environment[J]. Bensong YU,Dongping JIN,Hao WEN. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2016(04)
[3]辐射开环绳系卫星编队自旋展开动力学与控制策略[J]. 苏飞,翟光,张景瑞,张尧. 航空学报. 2016(09)
[4]旋转三角形绳系卫星编队系统动态稳定性分析[J]. 蔡志勤,周红,李学府. 计算力学学报. 2013(S1)
[5]空间微重力环境地面模拟试验方法综述[J]. 齐乃明,张文辉,高九州,霍明英. 航天控制. 2011(03)
[6]绳系微小卫星的旋转编队飞行[J]. 陈志明,刘海颖,王惠南,冯成涛. 中国空间科学技术. 2011(01)
[7]多自由度气浮仿真试验台的研究与发展[J]. 许剑,杨庆俊,包钢,王捷冰. 航天控制. 2009(06)
[8]空间碎片对绳系卫星冲击的影响分析[J]. 刘丽丽,文浩,金栋平,胡海岩. 振动与冲击. 2009(07)
[9]三体绳系卫星面内编队飞行的回收控制[J]. 刘丽丽,文浩,金栋平,胡海岩. 振动工程学报. 2008(03)
[10]考虑地球扁率J2摄动影响的异面椭圆轨道多冲量最优交会[J]. 周军,常燕. 宇航学报. 2008(02)
博士论文
[1]复杂太空环境下柔性绳系卫星动力学与控制[D]. 余本嵩.南京航空航天大学 2011
[2]绳系卫星释放和回收的动力学控制[D]. 文浩.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]电动力绳系离轨系统状态估计及动力学分析[D]. 古成龙.南京航空航天大学 2016
[2]平动点附近旋转三角形绳系卫星编队动力学[D]. 周红.大连理工大学 2012
[3]辐射开环绳系卫星编队飞行的稳定性分析[D]. 谢永亮.南京航空航天大学 2007
本文编号：3714973
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 绳系编队系统理论研究现状
1.2.1 绳系编队系统稳定性研究
1.2.2 环境摄动对绳系编队系统的影响
1.2.3 绳系编队系统收放控制理论研究
1.3 绳系编队系统实验研究现状
1.4 本文研究内容及结构安排
第二章 非惯性参考系下绳系编队系统建模
2.1 三体环形绳系编队系统动力学方程
2.1.1 不计系绳质量的动力学方程
2.1.2 考虑系绳质量的动力学方程
2.2 摄动因素分析
2.2.1 J_2摄动
2.2.2 热效应
2.2.3 大气阻力
2.3 初始条件分析
2.4 多体环形绳系编队系统动力学方程
2.5 小结
第三章 三体自旋系统周期运动稳定性及动力学分析
3.1 稳定性证明
3.2 动力学分析
3.2.1 自旋速度对稳定性的影响
3.2.2 轨道高度对稳定性的影响
3.2.3 绳长对稳定性的影响
3.2.4 初始位置对稳定性的影响
3.3 摄动因素对系统稳定性的影响
3.3.1 J2摄动对系统稳定性的影响
3.3.2 热效应对系统稳定性的影响
3.3.3 大气阻力对系统稳定性的影响
3.4 小结
第四章 三体自旋系统释放控制策略
4.1 自由释放
4.2 控制展开策略
4.2.1 匀速释放过程
4.2.2 减速释放过程
4.3 摄动因素下的释放稳定性
4.3.1 J_2摄动对释放稳定性的影响
4.3.2 热效应对释放稳定性的影响
4.3.3 大气阻力对释放稳定性的影响
4.4 小结
第五章 地面模拟实验
5.1 地面物理仿真平台介绍
5.1.1 卫星模拟器
5.1.2 基于视觉的动态测量系统
5.2 基于天地动力学等效的动力学相似原理
5.3 系统性能验证
5.4 自旋绳系编队系统稳定性验证实验
5.5 小结
第六章 总结与展望
6.1 本文的主要工作与贡献
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间四星绳系闭合系统自旋平衡构型保持控制[J]. 叶国宇,龚德仁,蔡慧敏,段登平. 浙江大学学报(工学版). 2017(07)
[2]Nonlinear dynamics of flexible tethered satellite system subject to space environment[J]. Bensong YU,Dongping JIN,Hao WEN. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2016(04)
[3]辐射开环绳系卫星编队自旋展开动力学与控制策略[J]. 苏飞,翟光,张景瑞,张尧. 航空学报. 2016(09)
[4]旋转三角形绳系卫星编队系统动态稳定性分析[J]. 蔡志勤,周红,李学府. 计算力学学报. 2013(S1)
[5]空间微重力环境地面模拟试验方法综述[J]. 齐乃明,张文辉,高九州,霍明英. 航天控制. 2011(03)
[6]绳系微小卫星的旋转编队飞行[J]. 陈志明,刘海颖,王惠南,冯成涛. 中国空间科学技术. 2011(01)
[7]多自由度气浮仿真试验台的研究与发展[J]. 许剑,杨庆俊,包钢,王捷冰. 航天控制. 2009(06)
[8]空间碎片对绳系卫星冲击的影响分析[J]. 刘丽丽,文浩,金栋平,胡海岩. 振动与冲击. 2009(07)
[9]三体绳系卫星面内编队飞行的回收控制[J]. 刘丽丽,文浩,金栋平,胡海岩. 振动工程学报. 2008(03)
[10]考虑地球扁率J2摄动影响的异面椭圆轨道多冲量最优交会[J]. 周军,常燕. 宇航学报. 2008(02)
博士论文
[1]复杂太空环境下柔性绳系卫星动力学与控制[D]. 余本嵩.南京航空航天大学 2011
[2]绳系卫星释放和回收的动力学控制[D]. 文浩.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]电动力绳系离轨系统状态估计及动力学分析[D]. 古成龙.南京航空航天大学 2016
[2]平动点附近旋转三角形绳系卫星编队动力学[D]. 周红.大连理工大学 2012
[3]辐射开环绳系卫星编队飞行的稳定性分析[D]. 谢永亮.南京航空航天大学 2007
本文编号：3714973
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3714973.html
