柔性充气囊体结构的动力学响应和姿态分析.pdf

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1、第34卷2017年第2期上海AERoSPACE航天SHANGHAI169文章编号：1006—1630(2017)02—016908柔性充气囊体结构的动力学响应和姿态分析徐彦1，王伟东2～，王珲玮1，王培栋1(1．浙江大学航空航天学院，浙江杭州310027；2．试验物理与计算数学国家重点实验室，北京100076；3．北京航天长征飞行器研究所，北京100076)摘要：对主体结构为柔性充气囊体的某飞行器动力学响应和飞行姿态特性进行了研究。针对球锥外形的柔性充气囊体结构，建立参数化模型，基于ANSYS软件进行柔性充气囊体静力和动力学响应分析。在静力分析中用·质性释放法模拟完全无约束的结构，得到控制

2、力作用下的变形、应力和质量参数变化。在动力学响应分析中用完全法分析了充气囊体结构在控制力作用下的瞬态动力响应，得到由大幅刚体位移和小幅弹性振动组成的结构位移响应。建立了充气囊体的姿态运动方程，基于MATLAB自编程序，研究了控制力作用下充气囊体的姿态动力学特性，分别分析了不考虑弹性变形和考虑弹性变形两种情况的柔性充气囊体姿态特性。结果表明：在控制力作用下充气囊体的弹性变形不大，绕初始平衡状态发生大幅的刚体位移；控制力产生的弹性变形对充气囊体的姿态动力学特性影响较大，姿态分析中需考虑弹性变形引起的质量参数变化。关键词：柔性充气囊体；参数建模；有限元法；-质性释放；弹性变形；控制力／力矩；动力

3、学响应；姿态特性中图分类号：V47文献标志码：ADOI：10．19328／j．cnki．1006—1630．2017．02．019DynamicResponseandAttitudeAnalysisforFlexibleInflatableCapsuleStructuresXUYanl，WANGWei—don92～，WANGHui—weil，WANGPei—don91(1．SchoolofAeronauticsandAstronautics，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，Zh@ang，China；2．KeyLaboratoryofTestPhysics

4、&NumericalMathematical，Beijing100076，China；3．BeijingInstituteofSpaceLongMarchVehicle，Beijing100076，China)Abstract：Thedynamicresponseandflightattitudecharacteristicsofsomeaerospaceaircraftwiththemainbodyofflexibleinflatablecapsulestructurewerestudiedinthispaper．Theshapeofflexibleinflatablecapsulest

5、ructureswasaconicalshellandtheparameterizedmodelhadbeensetup．BasedonANSYSsoftware，staticanddynamicresponseofthestructureswereanalyzed．Usingtheinertialreleasemethodinthestaticanalysis，theunconstrainedstructuresweresimulated．Thedeformation，stressandthechangeofqualityparameterswereobtainedwhilesubjec

6、tedtOthecontrolforces．Usingthecompletemethod，thetransientdynamicresponsesofflexibleinflatablecapsulestructurewereanalyzed．Thestructuralresponsescomposedofrigidbodydisplacementandelasticvibrationwereobtained．Themotionequationsoftheflexibleinflatablecapsule’Sattitudewereestablished．BasedonaMATLABsel

7、f-compiledprogram，attitudecharacteristicsofthecapsulestructureswerestudied．Theattitudecharacteristicsconsideringelasticdeformationornotwereanalyzedrespectively．Resultsshowedthatelasticdeformationofflexibleinflata