空间双体系绳系统展开阶段末端星姿态动力学分析

发布时间：2024-07-06 01:08

　　为了研究空间系绳系统展开过程中末端星的姿态运动,采用第二类拉格朗日方程建立系统展开及末端星角运动的数学模型,分析展开阶段末端星的姿态动力学特性。建模时将系绳末端连接的母星与子星视为尺寸不可忽略的刚体,且母星质量远大于子星质量,系绳视为有质量的刚性杆。利用该数学模型可以分析系绳系统的展开过程,研究影响末端星姿态运动的主要因素,包括姿态角初始扰动以及末端星动/静不对称性。仿真结果表明,系绳展开时末端星姿态角初始扰动及动静不对称性可能会导致姿态角失稳,出现系绳缠绕星体的情况。仿真结果可以为展开阶段末端星姿态控制提供参考。

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【部分图文】：

图1空间双体系绳系统示意图

本文研究的空间系绳系统由系绳连接母星和子星构成,如图1所示。为描述系统的展开运动,需要用到下列坐标系:①OXYZ,地心赤道坐标系;②OX0Y0Z0,地心轨道坐标系;③cx0y0z0,轨道运动坐标系,原点位于系统质心,初始时刻各轴与OX0Y0Z0平行;④cxtytzt,系绳坐标系,....

图2展开绳长对比曲线

为验证所得数学模型的正确性,与文献[17]中所采用的简化模型进行对比。在相同控制律作用下,得到系绳展开结果如图2、图3所示。图3展开时面内角对比曲线

图3展开时面内角对比曲线

图2展开绳长对比曲线由图2～3可知,根据参考模型及本文模型所得到的展开过程绳长及面内角变化曲线均基本吻合。相较于文献[17]中的模型,利用本文模型计算的绳长偏差约为0.05km,面内角偏差约0.01rad,存在小量偏差的原因在于本文模型计入了星体姿态,这会对展开过程造成影响....

图4子星章动角变化曲线

下面利用所建立的模型研究展开过程中末端星的姿态运动。根据姿态角的定义,在系绳系统的展开过程中,章动角的大小能作为衡量系绳是否缠绕星体的重要依据,因此下面将重点研究章动角的运动特性。首先研究初始扰动近似为0的情形。图4为初始章动角α0=0.0001rad时子星章动角的变化曲线,....

本文编号：4001826