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《带挠性附件的航天器系统动力学特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第19卷第2期宇航学报Vol.19No.21998年4月JOURNALOFASTRONAUTICSApr.1998带挠性附件的航天器系统动力学特性研究匡金炉(北京航空航天大学宇航学院·北京·100083)摘要本文研究了带挠性附件的航天器系统动力学特性。带挠性附件的航天器系统建模为刚性主体带挠性附件(挠性附件的末端带有刚性质量),根据拟坐标下的Lagrange定理建立了主刚体姿态运动与挠性附件振动相互耦合的动力学状态方程。针对一类带挠性附件的航天器系统编制了有关计算软件,利用该软件以SCOLE模型(SCOLE是SpacecraftContr
2、olLaborato-ryExperiment的缩写,其系统构形可参见文献[2][3])为例进行动力学分析,我们得到了与NASA有关报告几乎完全一样的结果。本项研究为一类带挠性附件的航天器控制系统设计提供了一种合适的动力学理论模型。主题词挠性航天器动力学耦合振动SCOLE模型DYNAMICSOFSPACECRAFTWITHFLEXIBLEAPPENDAGESKuangJinlu(SchoolofSpacecraftTechnology,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics·Beijin
3、g·100083)AbstractThedynamicsofspacecraftwithflexibleappendagesisinvestigated.ThesetofdynamicalequationswhicharederivedbymeansofaLagrangianapproachintermsofquasico-ordinatesincorporaterigid-bodyattitudedynamicsandthree-dimensionalvibrationsofthecom-pleteassemblycomprisingt
4、herigidshuttle,theflexiblebeams,andthereflectorswithoffsetmassesattheends.Thefinalsetofdynamicalequationsobtainedarenonlinearandcoupledintermsoftheflexiblemodesandtherigid-bodymodes.Theequationsarefurtherlinearizedandevaluatednumericallytoincludethefirsteighteenflexiblemo
5、des.Thecomputerprogramwrit-tenbyuscouldcalculatenaturalfrequenciesandthree-dimensionalmodeshapesandtherota-tion-couplecoefficientmatrixofthestateequationsofthesystem.Itisshownthatthedynami-calmodes(oftheSCOLEmodel)derivedfromourcomputerprogramarethesameastheNASA'sreports.
6、Thisresearchyieldsamodelfordesigningcontrolsystemstoperformthree-本文于1995年2月24日收到74宇航学报第19卷axisstabilizedspacecraftwithappendages.KeywordsDynamicsofspacecraftwithflexibleappendagesCoupledvibrationSCOLEmodel1背景随着航天技术的发展,航天器主刚体常带有大型挠性太阳电池帆板与挠性天线装置或其它挠性附近。在这种航天器的飞行与控制过程中,作用在航
7、天器上的扰动力和控制力不仅会激起航天器的位置与姿态的改变,而且会激起挠性附件的弹性振动,挠性附件的弹性[1-10]振动进而又影响航天器的整体运动与控制。因此,在航天器的动力学分析与控制设计中,必须计及附件结构挠性影响,在航天器的动力学模型中引入结构挠性因素。在分析带有挠性附件的航天器动力学时,通常是同时考虑航天器的姿态运动与附件的弹性振动,建立包含附件结构动力学分析在内的挠性航天器动力学分析的统一的计算机程序,本文基于这种思想。2系统运动方程推导该航天器系统由刚性主体与给定数目[1]的挠性附件组成(挠性附件的末端带有刚性质量)。为了建立运
8、动方程引入以下三套坐标系(如图1):1)惯性坐标系OXYZ;2)与主刚体固连的随体坐标系oxyz,o在航天器系统质心位置;3)与挠性附件e固连的坐标xeyeze坐标原点在附件e与主体的铰接点(
