[发明专利]一种绳系飞网系统碰撞力的计算方法

说明书

本发明涉及一种绳系飞网系统碰撞力的计算方法，建立空间绳系飞网系统弹簧‑质杆动力学模型；根据飞网与目标卫星的几何位置，进行碰撞检测；当碰撞发生时，计算法向接触力和计算摩擦力。有益效果：为空间绳系飞网系统的研究奠定了基础。可进行碰撞动力学分析，分析碰后飞网包裹目标的情况以及目标是否会逃离飞网。可进行飞网碰撞后收口控制，使得飞网快速收口，完成抓捕任务。

技术领域

本发明属于航天器控制技术研究领域，涉及一种绳系飞网系统碰撞力的计算方法，具体涉及一种空间绳系飞网系统碰撞动力学建模和方法碰撞力的计算方法。

背景技术

空间安全问题已经日益严峻，为维护空间安全，研究人员提出了利用空间绳系抓捕系统进行空间垃圾清理任务。空间绳系抓捕系统通常为“空间平台+连接系绳+末端执行机构”的结构。末端执行机构为飞网机器人的空间绳系飞网系统，由于其操作范围广、抓捕包络大、控制精度要求较低等优点，在失效卫星捕获、辅助变轨、在轨维修等在轨服务中有着广泛的应用。

目前关于空间绳系飞网系统的研究大多致力于释放、收口机构设计等方面的研究。而飞网在释放后，在抓捕阶段，将会与目标卫星发生碰撞。对于碰撞过程，我们知之甚少，因此建立空间绳系飞网系统的碰撞动力学模型十分重要。本专利针对以上问题，在空间绳系飞网系统弹簧-质杆动力学模型的基础上，建立了一种空间绳系飞网系统基于渗透深度的碰撞动力学建模方法。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种绳系飞网系统碰撞力的计算方法，针对空间绳系飞网系统碰撞动力学建模和计算问题，为空间绳系飞网系统的研究奠定了基础。

技术方案

一种绳系飞网系统碰撞力的计算方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立空间绳系飞网系统弹簧-质杆动力学模型

其中，F_Gi表示重力，F_ext表示其他外力之和，T_i表示相邻质点间的系绳拉力；

所述

其中，式中，k是飞网绳段的弹性系数，其中k＝EA/l，E是飞网绳段材料的杨氏模量；d是飞网绳段的阻尼系数，其中ξ是飞网绳段材料的阻尼比；r_i和分别是相邻质点间的相对位置和速度；是单位方向向量；

步骤2：根据飞网与目标卫星的几何位置，进行碰撞检测

以飞网质点视为半径为r，质心坐标为(x_i,y_i,z_i)，速度为v_i的球体，设目标为半径为r_t，高为h_t，质心坐标为(x_t,y_t,z_t)的圆柱状目标；当飞网质点与目标间的距离d_i小于某个阈值ζ时，即视为碰撞发生；

当飞网质点与目标不同面发生碰撞时，d和ζ计算公式和检测条件如下：

步骤3：计算法向接触力

当碰撞发生时：

步骤3.1、计算法向接触力

其中，k_n是碰撞刚度系数，d_n是碰撞阻尼系数。为碰撞过程中法向单位向量，垂直于接触面；

所述

所述