太陽翼衛(wèi)星的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模

1、目錄目錄摘要IllABSTRACTIll目錄Ill第1章緒論11.1. 課題的研究背景與意義 11.2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.2.1 多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀 31.2.2 多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀 41.2.3 在航天領(lǐng)域的應(yīng)用 71.3. 論文的主要研究內(nèi)容 10第2章柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的基本理論122.1. 弓 |言122.2. 坐標(biāo)系與系統(tǒng)坐標(biāo)定義 122.2.1 坐標(biāo)系定義122.2.2 坐標(biāo)描述132.3. 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)描述方法 162.3.1 分布參數(shù)法162.3.2 離散坐標(biāo)法162.3.3 混合坐標(biāo)法 162.3.4 模態(tài)綜合-混合坐標(biāo)法 172.4. 柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建

2、?；驹?182.4.1 達(dá)朗貝爾原理 182.4.2 牛頓-歐拉法182.4.3 拉格朗日法192.4.4 凱恩方法 192.5. 慣性完備性準(zhǔn)則 212.6. 本章小結(jié)21第3章太陽翼衛(wèi)星系統(tǒng)的柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模 223.1. 弓 I言223.2. 中心剛體加柔性附件類航天器的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模 223.2.1 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)描述23-lll -目錄322 拉格朗日函數(shù) 24323 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程253.3. 帶天線的太陽翼衛(wèi)星的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程 273.3.1 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)描述273.3.2 拉格朗日函數(shù) 283.3.3 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程293.4. 太陽翼衛(wèi)星系統(tǒng)的耦合系數(shù)矩陣 293.5.

3、本章小結(jié)31第4章太陽翼衛(wèi)星系統(tǒng)的有限元建模 324.1. 弓 |言324.2. 典型太陽翼帆板的有限元建模 324.2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)324.2.2 有限元模型建立334.2.3 柔性模態(tài)分析 334.2.4 柔性帆板慣性矩陣和衛(wèi)星各類耦合系數(shù)矩陣 344.2.5 慣性完備性檢查 364.3. 太陽翼衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的有限元建模 374.3.1 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)參數(shù)374.3.2 太陽翼結(jié)構(gòu)與柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的有限元建模 414.4. 太陽翼的慣性矩陣和耦合系數(shù)矩陣 464.4.1 基于有限元等效剛度的太陽翼模型 464.4.2 基于實(shí)驗(yàn)測量等效剛度的太陽翼模型 494.5. 本章小結(jié)52結(jié)論53參考文獻(xiàn)54攻讀

4、碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果 59哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)聲明和使用權(quán)限 60致謝61-IV -哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第1章緒論I. 1.課題的研究背景與意義多體系統(tǒng)是由多個(gè)彼此之間存在明顯相對運(yùn)動(dòng)的物體構(gòu)成的系統(tǒng)。多體系 統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是指多體系統(tǒng)在外部施加的力，約束和初始條件作用下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng) 的計(jì)算策略。多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)最初是源于多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，在工程技術(shù)的 發(fā)展過程中，人們的視野逐步地轉(zhuǎn)向了構(gòu)件變形不可以忽略的系統(tǒng)，人們將其 稱為多柔體系統(tǒng)。由于多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)已包含在多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究范 圍內(nèi)了，現(xiàn)在人們不再刻意強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中的構(gòu)件是否均為剛體，統(tǒng)稱為多體系統(tǒng) 2。目前，航天

5、器、機(jī)器人（機(jī)械臂）和高速精密機(jī)械是公認(rèn)的多體系統(tǒng)理論發(fā)展 和應(yīng)用的重要領(lǐng)域，尤其前兩者的推動(dòng)作用最大。此外，研究人體、動(dòng)物和昆 蟲運(yùn)動(dòng)行為的生物動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和控制也離不開多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理 論的指導(dǎo)。自1957年10月4日前蘇聯(lián)發(fā)射世界上第一顆航天器一一“人造衛(wèi)星1號(hào)”以來，航天器由規(guī)模小、結(jié)構(gòu)緊湊的簡單系統(tǒng)發(fā)展成了帶有大型太陽能電池翼、 拋物面天線和空間柔性機(jī)械臂的大跨度、高精度、高速度、低重量、低剛度的 大型復(fù)雜系統(tǒng)，如空間實(shí)驗(yàn)室、各種大型衛(wèi)星平臺(tái)，分布式空間站等。例如美 國的國際通訊衛(wèi)星 V，帶有兩個(gè)太陽能電池翼，展開后跨度達(dá)到15.6m。安裝在美國航天飛機(jī)上的加拿大臂 （Ca

6、nadarm）的臂長為15m，而直徑只有33cm， 自身質(zhì)量為410.5kg,但設(shè)計(jì)載荷能力為 29484kg，甚至可提升到 266000kg。 著名的“和平號(hào)”空間站 是包含7個(gè)在軌組件的大型空間軌道組合體，通過 其核心模塊與量子一號(hào)、量子二號(hào)、晶體號(hào)、對接艙等六個(gè)艙段對接。它的大 型柔性太陽能電池陣多達(dá) 11 個(gè),其核心模塊的太陽翼展開后橫向?qū)挾冗_(dá)29.7m，高10.5m?！奥?lián)盟號(hào)”飛船的兩個(gè)太陽翼展開后橫向?qū)挾冗_(dá)10.6m?！傲孔犹?hào)”試驗(yàn)艙兩個(gè)大型太陽翼展開后橫向?qū)挾冗_(dá)27.35m。國際空間站有八個(gè) 32.8m XII. 5m太陽能電池翼的桁架，三個(gè)進(jìn)行站外操作的機(jī)械臂，它們分別為：歐洲安裝在俄羅斯NPP上的ERA臂，日本實(shí)驗(yàn)艙上10m長的機(jī)械臂，加拿大移動(dòng) 服務(wù)系統(tǒng)（MSS）上17.6m長的第二代加拿大臂（Canadarm 2）。另外還有直徑達(dá)上 千米的大型光學(xué)系統(tǒng)、