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IJMSD | 东南大学黄炜成副教授,等:空间网捕过程动力学仿真:发射、接触、收口

本文来源于Int J Mech Syst Dyn,欢迎浏览!


该文亮点:1. 提出了可用于柔性绳网结构几何非线性行为的数值仿真方法;2. 发展了刚体-柔性体隐式接触碰撞求解模型;3. 实现了刚性环-弹性绳复杂耦合系统模型降阶;4. 建立了空间网捕全过程行为预示程序。


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图1 Graphical abstract


       随着航天技术的发展,各国政府积极进行空间探测,使空间目标数量急剧增加、空间资源日趋紧张。若空间碎片与在轨航天器发生碰撞,将对航天器造成损伤甚至解体等严重后果。为营造良好深空探测环境,实现针对空间碎片的高效捕获与移除是我国在轨服务领域必须突破的瓶颈技术。网捕装置可用于各种轨道高度、不同结构尺寸的空间目标清理,具有较好通用性及较强鲁棒性。然而,由于柔性绳网结构在展开过程中要经历非线性的几何变形;捕获过程中要面临与被捕目标之间的接触碰撞;收口过程中要考虑与收口绳之间的复杂连接,空间网捕过程的动力学分析存在模型精度差、计算效率低、行为预示难等问题,严重制约了绳网结构在空间捕获任务中的进一步应用。为有效解决上述问题,很有必要针对空间网捕装置发展全新仿真分析模型与行为预示方法。

       东南大学黄炜成副教授、航天八院邹怀武研究员、重庆大学潘勇军副教授合作在《国际机械系统动力学学报(英文)》(International Journal of Mechanical System Dynamics, IJMSD)发表题为“空间网捕过程动力学仿真:发射、接触、收口”的研究论文。该文首先采用离散微分几何描述柔性绳网的非线性动力学行为,其次选择多维增量势能泛函来实现柔性绳网与刚性目标之间的边界非线性接触和碰撞,最后针对系统收口闭合机理,提出了绳-环简化降阶耦合算法,实现了空间网捕系统发射展开、捕获接触、收口闭合全过程行为预示。所提方法可为空间碎片主动清除系统的优化设计与在线控制提供有效指导。



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《国际机械系统动力学学报(英文)》(International Journal Mechanical System Dynamics, IJMSD )由来自18个国家的21位院士、17位国际学会主席、20位国际期刊主编等69位科学家和国际出版巨头美国Wiley出版社合作创立。IJMSD 旨在为用机械系统动力学科学与技术为提升现代装备设计、制造、试验、评估和使用全生命周期性能提供先进的理论、软件、方法、器件、标准,为全球科学家和工程专家提供广泛的机械系统动力学国际交流平台。IJMSD 强调从“系统”视角及系统级工具理解动力学,所涉及的机械系统不仅包括各种不同尺度的机械系统和结构,还包括具有多物理场/多学科特征的综合机械系统。


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