[发明专利]一种航天器动力学建模方法

摘要

一种航天器动力学建模方法，用等效摆代替液体晃动的等效力学模型，将闭环拓扑结构等效为开环树形拓扑结构，在铰链关节定义坐标系，定义基本联系算子，表征柔性体的弹性位移，递推计算柔性体的力和速度，判断系统计算力学类型是前向动力学建模过程还是后向动力学建模过程，对应代入前向动力学建模过程或后向动力学建模过程，推导得出系统动力学方程。本发明不但达到了精确建模的要求，而且简化了设计过程，节省了大量的工作量，加快了航天器的研制周期，解决了大型柔性索网天线航天器高精确高效率动力学建模的问题，取得了用最简单的计算形式计算闭环形式航天器构形的柔性多体系统建模，节省了大量繁琐而困难的工作。

主权项

1.一种航天器动力学建模方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1、根据索网天线航天器的本体结构特征，将索网天线航天器中液体晃动的等效力学模型用等效摆来代替；步骤S2、定义索网天线航天器的系统拓扑结构，将闭环拓扑结构等效为开环树形拓扑结构；步骤S3、在铰链关节定义坐标系；分别定义惯性坐标系、轨道坐标系、中心体体坐标系、体坐标系统、等效单摆坐标系、铰链坐标系、天线体坐标系、帆板体坐标系、天线支撑臂体坐标系；步骤S4、定义基本联系算子，计算各个体的速度、加速度和力的初始值；分别定义力算子、速度算子、连接体位移联系算子、每个体的广义力、广义速度和广义角速度；步骤S5、表征柔性体的弹性位移；针对柔性体，采用有限元和模态综合法对柔性体进行结构振动特性分析，得到模态参数用于表征柔性变形；步骤S6、递推计算柔性体的力和速度；根据上一体选取的速度、加速度和力，并利用体间联系算子传递关系，得到下一体的速度、加速度和力；步骤S7、判断系统计算力学类型是前向动力学建模过程还是后向动力学建模过程，对应代入前向动力学建模过程或后向动力学建模过程，得到各个体的关节空间变量，进一步投影到各个体状态空间变量，从而得出各体的速度、加速度、力变量，进而推导得出系统动力学方程。