飞艇系留系统静态与动态仿真研究

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1、第33卷第2期航天返回与遥感2012年04月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING93飞艇系留系统静态与动态仿真研究王亚伟贾月红陈智谦韩雅慧杨春信(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京，100191)摘要文章建立了飞艇系留系统多体力学仿真模型．将绳索处理为质点一弹簧一阻尼系统。在有风条件下针对某型飞艇产品进行了静力学和动力学分析。结果表明。张力从地面沿系留绳逐渐增大，在与飞艇连接处达到峰值；在一定范围内，随着飞艇攻角的增加，飞艇的驻空高度增加，偏移量减小，但绳索内部张力也有显著的提高；绳索质量增大会影响飞艇系留系

2、统性能；随着风速的增加，飞艇的水平偏移量增大，驻空高度降低．绳索张力增大：在变风场条件下，绳索内张力波动范围不大。关键词绳索力学阻尼弹簧系留系统飞艇中图分类号：V274文献标识码：A文章编号：1009—8518(2012)02—0093—07DOI：10．3969／j．issn．1009—8518．2012．02．015StaticandDynamicSimulationofTetheredAirshipWANGYaweiJIAYuehongCHENZhiqianHANYahuiYANGChunxin(SchoolofAeronauticSc

3、ienceandEngineering，BeihangUniversity，Beijing100191，China)AbstractBothstaticanddynamicmodelsofatetheredairshiparedeveloped，inwhichthecableiSdividedintoseveralsegmentsofnodesandeachsegmentisconsideredtobealumpedmassspring．Theresultofsimulationoftheairshipinstaticstateshowsth

4、attheinternaltensionincreasesalongthecablefromgroundtothejunctionofairship；Inacertainextents，thealtitudeofairshipincreasesandthehorizontalshiftdecreasesasincreasingoftheangleofattack，howevertheinternaltensionalsosignificantlyincreases；weightofthecablehasagreateffectontheper

5、formanceofthetetheredairshipsystem．Aswindspeedincreases，thealtitudeofairshipdecreases，thehorizontalshiftincreases，whilethetensionincreases．Inchangingwindconditions，theinternaltensionvariesa1ittle．Keywordstetherdynamics；dampingspring；tetheredsystem；airship1引言系留飞艇可广泛应用于科学观测、空

6、中预警、勘探侦查、抢险救灾等军民领域，具有生存能力强、成本等优势1。而近年来，随着绳索在系留浮空器、空间系留卫星、海洋系留探测器等领域的大量应用，绳索力已成为一般力学研究中的热点。绳索极度柔软，但又不属于标准的柔性体，具有只能承受拉力的物理特性，为能量耗散体，这给动力学模型的建立和仿真分析带来了一定的困难。因此建立数学物理模型准确描述绳收稿日期：2011-10—28航天返回与遥感2012年第33卷特『生成为研究的关键，对于离散的绳索仿真模型。通常情况下采用多刚体模型或阻尼弹簧模型。Baneuee应用多刚体假设建立了“船一电缆一水下探测器”的动

7、力学模型[3]；Djerassi等人建立了绳索从2个移动平台拉出的多刚体模型；文献『51采用多刚体模型分析了飞艇一绳索一子弹系统动力学问题；Frost采用阻尼弹簧模型模拟了2个由绳子连接2个弹的高空抛撒过程同；文献[7]应用阻尼弹簧模型模拟了系留气球的升空过程；文献[8】应用阻尼弹簧模型研究了绳索～灵巧子弹的动力学特性：国防科技大学硕士学位论文中采用“珠式模型”模拟了空间系留卫星的收拢、释放以及保持过程，其中将绳索部分处理成质点一弹簧一阻尼单元模r~19j。本文应用ADAMS对飞艇系留系统进行静力学和动力学仿真．建立了绳索的阻尼弹簧模型．针对

8、不同风速条件、驻空攻角以及绳索质量．分析了系留缆绳在静态和动态状况下的内部张力和姿态变化。2数学物理模型飞艇系留系统由飞艇和绳索组成，建立飞艇系留系统仿真模型前需作