[发明专利]刚-柔耦合空间带状绳系系统的建模方法

摘要

本发明公开了一种刚‑柔耦合空间带状绳系系统的建模方法，包括：建立固结于地球质心OE的惯性坐标系OE‑XEYEZE，其XE轴指向升交点，ZE轴垂直于轨道平面；建立一系列固结于系统离散单元的体坐标系oi‑xiyizi；以航天器质心o为原点再构建一个轨道坐标系o‑xyz，其x轴指向航天器运动的反方向，y轴由地球质心OE指向主星质心o。惯性坐标系OE‑XEYEZE用于建立并计算带状绳系系统动力学方程；体坐标系oi‑xiyizi用于分析离散单元的刚体运动；轨道坐标系o‑xyz用于展现数值结果。将带状系绳均匀离散为n个系绳单元，以获得接近真实系绳的模型。基于牛顿第二定律及动量矩定理，本发明充分考虑了空间带状系绳的拉伸、弯曲及扭转特性，准确而有效地描述刚‑柔耦合空间带状绳系系统的复杂动力学行为。

主权项

一种刚‑柔耦合空间带状绳系系统的建模方法，其特征在于，包括步骤如下：建立固结于地球质心OE的惯性坐标系OE‑XEYEZE，其XE轴指向升交点，ZE轴垂直于轨道平面，YE轴由右手定则确定；同时，建立一系列固结于航天器、末端载荷及系绳单元的体坐标系oi‑xiyizi；以航天器质心o为原点再构建一个轨道坐标系o‑xyz，其x轴指向航天器运动的反方向，y轴由地球质心OE指向主星质心o，z轴由右手定则确定；惯性坐标系OE‑XEYEZE用于建立带状绳系系统动力学方程及计算动力学响应；体坐标系oi‑xiyizi用于分析带状绳系系统离散单元的刚体运动；轨道坐标系o‑xyz用于展现最终的数值结果；设系绳长度为L，宽度为dw，厚度为dt，dw＞＞dt，并将其均匀离散为n个系绳单元，以获得接近真实系绳的模型；再将离散的系绳单元依次记为i，i＝1,2,...,n；同时将航天器M和末端载荷S分别记为航天器单元0和末端载荷单元n+1；利用拉伸弹簧、抗弯弹簧及扭转弹簧将n+2个航天器、末端载荷及系绳的离散单元依次连接以等效带状系绳的拉伸、弯曲、扭转动力学特性。