含间隙的太阳能帆板展开动力学分析.pdfVIP

第2卷第2期 动力学与控制学报 V01．2，No．2 2004年6月 Jun．204 JOURNALOFDYNAMICSANDCONTROL0 ；；；；；；=；；；；；i=；；；葛；i；；；；；；墨；；；；；；；；岛；；；；；；；高；；；；；；薯；；；；；；离；；；；；；；；；苗I；；；；高；；；；笛；；；；；；；；；； 含间隙的太阳能帆板展开动力学分析 尉立肖 刘才山 (北京大学力学与-F程科学系。jt京100871) 摘要关节是组成多体系统的基本构件，关节处间隙、摩擦给系统的动力学特性带来巨大的影响．为了糖细 刻画空间圆柱铰关节间隙处的运动学及动力学行为，本文直接基于间隙铰关节的几何构形来建立碰撞接触 处的相对运动学关系，避免了一般多体系统确定碰撞接触点的有哪些信誉好的足球投注网站过程．文中采用Hertz接触模型和修正的 库仑摩擦模型，建立间隙处的力一位移关系．同时基于ADAMS多体系统动力学分析软件，研究了间隙的大 小、摩擦作用以及结构柔性对太阳能帆板展开过程中的动力学特性的影响。 关键词平面问隙，空间间隙，碰撞模型，Hertz接触理论，Coulomb摩擦 移关系模型，并将其嵌入到ADAMS多柔体系统动 引 言 力学建模当中．在动力学模型中考虑了绳索同步展 开机构的作用和结构弹性的影响，比较了间隙的大 太阳能帆板的展开是卫星系统在轨飞行的一 小、摩擦系数对系统动力学特性的影响． 个重要的过程，揭示其相应的动力学特性对卫星系 统结构的设计及控制具有重要的意义．太阳能帆板 I 圆柱铰关节间隙处的相对运动学描述 展开的过程通常包含如下三个阶段：一是展开阶 段，在该阶段完全折叠的卫星系统通过压缩弹簧的 为刻画空间圆柱间隙铰处的相对运动学关系， 驱动达到系统静平衡的拓扑构形．第二阶段是位置 将空问圆柱间隙铰简化为用一个刚性杆联接的两 锁定阶段．第三个阶段是系统调节阶段，该阶段系 个圆盘的情况，如图1所示．这样我们对空间圆柱 统通过相应的控制系统和结构的阻尼效应衰减由 间隙铰的相对运动学描述可以等效为两个无厚度 于系统锁定产生的冲击过程引起的结构振动．本文 的圆盘在一个空心圆柱内运动的情况．[3J通过判别 主要针对卫星太阳能帆板展开过程中的第一个阶 两个圆盘和外部圆柱的接触状态，并根据两个圆盘 段进行分析． 之间的刚性连接条件，可以建立空间圆柱间隙铰处 研究间隙非线性问题遇到的困难之一就是如 的相对运动学关系． 何合理的描述间隙处的运动学关系．F．Pfeiffer…为了分析方便，图2给出了圆柱铰相对于外圆 柱的横截面图． 和C．Glocker[2】针对多刚体系统的接触碰撞问题 建立了物体外沿是单个光滑外凸面的情况下的平 cylinder／，、 面相对运动学描述．Bauchau[3J利用约束方程建立 了平面圆柱铰接关节和空间圆柱铰接关节间隙处 |一’、—．～ ， 什。 的运动学描述框架．但这些运动学描述关系通常需 要涉及到有哪些信誉好的足球投注网站潜在接触点对的数值迭代算法． 本文针对空间圆柱铰间隙结构特有的结构构 形，根据圆柱铰间隙处的几何特点直接建立其接触