空间圈套式绳索捕获动力学建模及接触碰撞分析

作者：张龙

来源：振动与冲击, 2019, 38(10): 71-78.

DOI：10.13465/j.cnki.jvs.2019.10.011

• 圈套式捕获
• 柔性钢丝绳
• 动力学方程
• 接触碰撞

空间圈套式绳索捕获机构由于具有大容差、软接触的特性,已经逐渐被应用于太空中大型航天器的捕获任务中。柔性钢丝绳作为该捕获机构的执行元件,在捕获过程中的动力学特性对捕获任务有直接的影响。提出了一种基于拉伸/扭转弹簧-质点模型的柔性钢丝绳动力学建模方法,并在此基础上通过引入虚拟弹簧的概念,实现了对空间圈套式绳索捕获过程的模拟。建立了以柔性钢丝绳离散段长度、偏转角及俯仰角为变量的柔性钢丝绳动力学方程;在此基础上,分析了捕获机构的几何约束并计算了柔性钢丝绳的初始状态;通过曲面函数拟合的方式确定了目标载荷与柔性钢丝绳之间的接触刚度系数,并进一步的利用Hertz-阻尼模型完成了对动态接触力的计算。仿真结果表明该方法可以模拟空间圈套式绳索捕获过程中柔性钢丝绳的运动状态并对接触碰撞力进行评估。

• 单位
  中国科学院空间应用工程与技术中心