[發明專利]基于關節熱應變釋放沖擊的航天器動力學建模方法

有效

• 申請號: 201710331045.0
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107301265B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 朱衛紅;韓增堯;于登云;鄒元杰;龐世偉;劉紹奎;鄧潤然
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.基于關節熱應變釋放沖擊的航天器動力學建模方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)根據關節部件的運動關系，將當前關節部件分為第一部分、第二部分；當關節第一部分、第二部分所受等效載荷不大于關節第一部分與第二部分之間的最大靜摩擦力時，關節處于靜摩擦狀態，當關節第一部分或第二部分所受等效載荷大于關節第一部分與第二部分之間的最大靜摩擦力時，關節第一部分、第二部分之間通過動摩擦，釋放能量；其中，第一部分的等效質量為m₁、等效剛度為k₁、等效阻尼為C₁，第二部分的等效質量為m₂、等效剛度為k₂、等效阻尼為C₂；

(2)建立關節第一部分的動力學方程進而得到當關節第一部分與第二部分為靜摩擦時關節的狀態約束方程；

(3)計算關節靜摩擦狀態下的動力學方程，進而得到關節靜摩擦狀態下的無量綱動力學方程；

(4)計算關節滑動摩擦狀態下的動力學方程，進而得到關節滑動摩擦狀態下的無量綱動力學方程；

(5)將航天器有效載荷M通過等效剛度K、等效阻尼C連接在關節的第一部分，進而得到關節的擾動力模型；

(6)根據熱變形擾動力、熱應變釋放擾動力得到關節擾動力模型的航天器有效載荷的動力學方程；

所述的建立關節第一部分的動力學方程進而得到當關節第一部分與第二部分為靜摩擦時關節的狀態約束方程的方法包括如下步驟：

(1)建立關節第一部分的動力學方程為

其中，x₁為關節第一部分的位移，為關節第一部分的熱變形，F_f為關節第一部分與第二部分的摩擦力，為x(t)關于時間t的二階導數，為x(t)關于時間t的一階導數；

(2)計算得到

其中，F_s為關節第一部分與第二部分之間的最大靜摩擦力；

(3)當關節第一部分與第二部分為靜摩擦時

-1≤F_f/F_s≤1

進而得到關節的狀態約束方程為

所述的將航天器有效載荷M通過等效剛度K、等效阻尼C連接在關節的第一部分，進而得到關節的擾動力模型的方法包括如下步驟：

(1)將航天器有效載荷M通過等效剛度K、等效阻尼C連接在關節的第一部分；

(2)計算得到關節的擾動力模型為

其中，x₃為航天器有效載荷的位移，Δx(t)為x₁(t)-x₂(t)。

2.根據權利要求1所述的基于關節熱應變釋放沖擊的航天器動力學建模方法，其特征在于：所述的計算關節靜摩擦狀態下的動力學方程，進而得到關節靜摩擦狀態下的無量綱動力學方程的方法包括如下步驟：

(1)當關節第一部分與第二部分處于靜摩擦狀態時，關節第一部分與第二部分作為整體一起運動，得到關節靜摩擦狀態下的動力學方程為

其中，x₂為關節第二部分的位移，為關節第二部分的熱變形；

(2)計算得到關節靜摩擦狀態下的無量綱動力學方程為

其中，Δξ(t)＝ξ₁(t)-ξ₂(t),κ＝k₂/k₁。

3.根據權利要求2所述的基于關節熱應變釋放沖擊的航天器動力學建模方法，其特征在于：所述的計算關節滑動摩擦狀態下的動力學方程，進而得到進而得到關節滑動摩擦狀態下的無量綱動力學方程的方法包括如下步驟：

(1)當關節第一部分與第二部分處于滑動釋放能量階段時，關節第一部分與第二部分進行相對滑動，得到關節滑動摩擦狀態下的動力學方程為

其中，F_k為滑動摩擦力；

(2)計算得到關節滑動摩擦狀態下的無量綱動力學方程為

其中，

4.根據權利要求1所述的基于關節熱應變釋放沖擊的航天器動力學建模方法，其特征在于：所述的根據熱變形擾動力、熱應變釋放擾動力得到關節擾動力模型的航天器有效載荷的動力學方程的方法包括如下步驟：

(1)令熱變形擾動力F_te、熱應變釋放擾動力F_tc為

(2)計算得到包括關節擾動力模型的航天器有效載荷的動力學方程為

Δξ(t)＝ξ₁(t)-ξ₂(t),κ＝k₂/k₁。