[发明专利]一种空间飞网装置参数优化设计系统和优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间飞网装置参数优化设计系统和优化方法，该优化系统可以快速地完成空间飞网装置参数的优化设计，属于航天技术领域。

技术背景

随着人类对空间资源的利用，空间碎片的数量逐渐增加，对在轨正常运行的航天器构成了严重的威胁，空间飞网装置就是为了清除空间碎片而设计的一类装置，其目的主要是通过直接抛射展开一张面积较大的柔性网来包覆较大的空间碎片，以实行空间碎片的离轨。空间飞网装置的捕获效果是有柔性网的展开效果决定，而柔性网的展开效果的关键因素是空间飞网装置的相关设计参数，例如发射速度与角度。

发明内容

1.目的：本发明的目的是为了提供一种空间飞网装置参数优化设计系统和优化方法，它可以快速地获得空间飞网装置最佳的参数组合，实现柔性网的最佳展开效果。

2.技术方案：为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案

(1)本发明一种空间飞网装置参数优化设计系统，Optimization Platform for a Space Net Capture System V1.0，简称OPSNCS V1.0，包括以下4个部分：OPSNCS V1.0人机交互模块M1，OPSNCS V1.0控制与计算模块M2，OPSNCS V1.0数据库模块M3和OPSNCS V1.0后处理模块M4。这四个模块之间的关系是：

OPSNCS V1.0人机交互模块M1将用户输入的优化模型的参数、运行环境参数和软件运行控制指令等信息记录并传递给OPSNCS V1.0控制与计算模块M2，OPSNCS V1.0控制与计算模块M2根据这些信息从OPSNCS V1.0数据库模块M3选择优化算法、试验设计方法、近似模型函数等，再通过OPSNCS V1.0控制与计算模块M2的优化子模块更新设计点，OPSNCSV1.0控制与计算模块M2的仿真分析子模块计算新设计点的仿真结果，通过这种循环计算获得最优设计点。OPSNCS V1.0后处理模块M4读取最优设计点、最优设计和寻优过程的信息，并进行分析。用户可通过OPSNCS V1.0人机交互模块M1查看OPSNCS V1.0后处理模块M4分析与汇总的结果。

下面详细说明各部分的结构与功能：

所述OPSNCS V1.0人机交互模块M1是用户对软件进行设置、控制与查看的模块，包括以下三个子模块：优化定义模块M11，运行环境参数设置模块M12，软件运行控制工具M13。它们之间的关系是相互并列的。

该优化定义模块M11是对空间飞网装置参数优化中设计变量、优化目标和设计约束的定义。

在优化定义模块M11中，定义了空间飞网装置中牵引块、舱盖和空间网的发射参数等6个设计变量。数学表达如下：

X＝{m_Tm,，m_h，v_Tm，θ_Tm，v_h}；

其中，X为设计变量组，由五个变量组成：m_Tm为空间飞网装置中牵引块的质量，浮点变量，单位为kg；m_h为空间飞网装置中网舱盖的质量，浮点变量，单位为kg；v_Tm为空间飞网装置中牵引块发射速度的大小，浮点变量，单位为m/s；θ_Tm为空间飞网装置中牵引块发射速度的角度，浮点变量，单位为度；v_h为空间飞网装置中牵引块发射速度的大小，浮点变量，单位为m/s。各变量的取值范围需要根据空间飞网装置的结构、材料、工况以及捕获任务等设定。

在优化定义模块M11中，定义了空间飞网装置参数优化目标，也即通过优化设计变量，使得空间网在指定距离处展开到最大面积，数学表达如下：

Max(A)

其中，A为A为空间网在指定位置处展开的面积，单位为m²。

在优化定义模块M11中，定义了设计约束，分别从空间网的强度和展开过程的效果出发，强度满足空间网的材料性能，以空间网的最大内应力小于材料的许用应力作为约束，展开效果要求空间网在展开过程中不出现空间网面积收缩和空间网缠绕的情况，以空间网在到达指定位置前展开面积变化率大于零作为约束。其数学表达式如下：

C＝(c₁,…,c_m,ac₁,…,ac_k)；