多体系统动力学在布撒网展开问题中的应用.doc

多体系统动力学在布撒网展开问题中的应用布撒网系统是一种在火箭的拖拽作用下，将一块长方形网铺设到指定目标地面区域的发射展开装置。研究分析布撒网系统的展开动力学过程，对布撒网系统的设计工作有着重要的理论指导意义。由于对这个复杂而庞大的网系统进行大量的展幵实验研究十分困难，所以对该过程进行理论建模型分析和数值模拟计算成了重要的研究手段。布撒网系统的展开动力学问题中，包含了柔性绳索的大变形过程和多个物体的相互親合运动问题等难点。本文所釆用的多体系统动力学的建模方法和求解方法能够同时解决这两方面的问题。本文利用多体系统动力学中的方法建立了三种不同布撒网系统动力学模型，这三种模型分别考虑了展开过程中的不同因素影响，建立了理论模型和动力学方程。首先，在对布撒网的结构特点和展开运动特点分析的基础上，提出布撒网系统展开过程的二维假设，将布撒网简化为二维弹道平面内运动的“绳索”。在二维假设的基础上，利用多体动力学的Kane方法建立了布撒网系统的二维刚性模型和动力学方程。通过参数简化求解了动力学方程，并对布撒网展幵过程进行了计算分析。然后，本文在二维刚性模型假设的基础上，考虑了柔性体的轴向弹性变形以及网的初始条件效应影响，推导建立了布撒网系统的二维弹性模型，求解了动力学方程，给出网的展开过程计算结果。为了分析讨论布撒网的三维运动和实际结构的影响，本文首次提出利用绝对坐标法，建立布撒网三维刚柔親合动力学模型的方法求解网的运动问题，给出动力学方程，并进行了求解计算。在利用布撒网系统动力学模型分析研究的基础上，设计并进行了布撒网系统展开模拟实验，对模型计算结果进行验证。实验验证了布撒网展开原理的可行性，也为对比验证提供了数据。通过仿真结果和实验结果的对比，验证了计算模型的准确性，分析了造成计算误差的主要原因。通过分析实验和仿真的结果，发现了现阶段设计的布撒网系统中存在的问题，并提出了未来设计研究发展方向。