多刚体系统分离策略及释放动力学研究

作     者：罗操群 孙加亮 文浩 胡海岩 金栋平 Luo Caoqun;Sun Jialiang;Wen Hao;Hu Haiyan;Jin Dongping

作者机构：南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 北京理工大学宇航学院飞行器动力学与控制教育部重点实验室北京100081 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2020年第52卷第2期

页      面：503-513页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080101[工学-一般力学与力学基础] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：载人航天预研项目(060101) 装备预研基金项目(6140210010202)资助 

主　　题：多刚体系统 分离释放 弹射 约束 碰撞 

摘      要：紧密连接的多刚体系统可在脱离运载航天器后在轨自主分离,无需多次利用航天器发射装置或在航天器中安装多个发射装置进行分离释放,从而有效提高运载航天器空间利用率,简化分离释放操作和降低碰撞风险.本文针对多刚体系统的在轨分离释放问题,研究在轨分离策略及释放过程动力学.首先,考虑刚体相对运动及姿态变化,基于虚功原理及自然坐标方法建立单个刚体的动力学模型.考虑多刚体系统在轨分离释放阶段的轨道运动和连接约束变化,计入分离时刚体间的相互作用,利用拉格朗日乘子法获得含连接约束的非线性动力学模型.考虑到实际工程应用,在多刚体系统分离释放阶段,通过安装在刚体间每个接触表面4个角上的弹射装置实现自主分离.其次,为保证分离过程中刚体之间无碰撞发生,规划了多刚体系统的分离时序,并基于不同弹射方向及分离顺序设计了两种分离释放方案.最后,通过算例研究分析了在轨分离释放过程中刚体的非线性动力学行为,验证了分离释放方案的有效性.