[发明专利]一种计及铰链间隙的柔性航天器动力学建模方法

权利要求书

1.一种计及铰链间隙的柔性航天器动力学建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建锁定后含间隙的铰链力学模型；步骤2：展开锁定后具有含间隙铰链的柔性体动力学建模；步骤3：展开锁定后具有含间隙铰链的柔性航天器刚柔耦合非线性动力学建模；步骤4：采用Newmark数值迭代算法，求解柔性航天器刚柔耦合非线性动力学模型，并分析复杂外载荷条件下具有含间隙铰链的柔性航天器动力学响应；

所述步骤4中，由步骤3得到的刚柔耦合非线性动力学方程如下：

Newmark数值迭代算法的步骤如下：初始输入为λ,β，其中和分别为刚柔耦合非线性动力学方程初始时刻的广义位移、广义速度和广义外力，λ和β分别为Newmark数值算法中的参数；

令其中为刚柔耦合非线性动力学方程的广义位移；

得初始加速度为：

设定时间步长Δt，则总时间步数为n_t＝t/Δt，对时间步i(i＝0,…,n_t-1)进行循环：

fori＝0,…,n_t-1

根据步骤1中的铰链力学模型求得此时刻的碰撞力为：F_a(i+1)

进而判断碰撞是否发生：

然后计算第(i+1)个时间步长的非线性质量矩阵阻尼矩阵非线性刚度矩阵及非线性力矩阵

end loop

最后输出柔性体在每一时间步长的振动位移、航天器本体的姿态角、姿态角速度及铰链接触碰撞力；

其中，为判断碰撞是否发生的条件，表示当连续两个时刻碰撞穿透量的乘积小于0时，则会发生碰撞，其中表示第i个时间步长铰链发生碰撞产生的穿透量；

利用第i个时间步长获得的广义位移计算第(i+1)个步长的非线性质量矩阵非线性刚度矩阵及广义力矩阵从而在每一时间步长均自动更新非线性质量矩阵、刚度矩阵和力矩阵；

所述复杂外载荷条件包括脉冲载荷、随机载荷、周期扰动力矩、简谐激励载荷；针对任意的外载荷激励F，将F表示为时域内离散的载荷力形式：F＝F(i)，(i＝0,…,n_t-1)，根据Newmark数值迭代求解；求解柔性航天器在复杂外载荷激励下的航天器姿态运动和柔性振动响应，分析铰链间隙的尺寸大小、数量、位置分布对航天器动力学特性的影响，从而设计出最优的铰链间隙尺寸、数量和位置布局。