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携带晃动燃料柔性航天器姿态机动中的同宿环分叉研究
  • ISSN号:1000-1328
  • 期刊名称:宇航学报
  • 时间:2011
  • 页码:991-997
  • 分类:O313.7[理学—一般力学与力学基础;理学—力学]
  • 作者机构:[1]北京理工大学宇航学院力学系,北京100081
  • 相关基金:国家自然科学基金(10772026 11072030); 中国教育部博士点博士资助项目(20080070011);中国教育部留学基金(20080732040)
  • 相关项目:欠驱动燃料晃动及航天器姿态跟踪自适应控制研究
中文摘要:

本文研究了带液体晃动和柔性附件的耦合航天器系统在液体燃料耗散和柔性附件扭转振动的作用下,经历从最小惯量轴到最大惯量轴姿态机动中的混沌动力学行为。将液体晃动等效为球摆模型并由此建立了带柔性附件充液航天器多体耦合系统动力学模型。首先推导出耦合系统动力学方程并采用Melnikov积分预测受扰系统稳定与不稳定流形是否横截相交,得到了参数形式表达的混沌运动解析判据,这对航天器的设计有重要的指导意义。研究发现,混沌的发生依赖于刚体形状,阻尼比,充液比和扭转振动频率。此外,在经过被动再定向姿态机动后,由于液体晃动的本质非线性特性,充液航天器最终将进行大章动角的周期极限环运动而非绕着最大惯量轴自旋。

英文摘要:

The chaotic dynamics in an attitude maneuver of a coupled slosh-flexible spacecraft from minor axis to major axis under the influence of dissipative effects due to fuel sloshing and a small flexible appendage constrained to undergo only torsional vibration is investigated.The slosh-coupled flexible spacecraft carrying a sloshing liquid is considered in attitude maneuver as multi-body system with the sloshing motion modeled as a spherical pendulum.The focus in this paper is on the way in which the dynamics of the liquid sloshing and flexible appendage vibration are coupled.The equations of motion are derived.Melnikov's integral is used to predict the transversal intersections of the stable and unstable manifolds for the perturbed system.An analytical criterion for chaotic motion is derived in terms of the system parameters.This criterion is evaluated for its significance to the design of spacecraft.The dependence of the onset of chaos on quantities such as body shape,damping ratio,liguid filled ratio and torsional vibration frequency of flexible appendage are investigated.In addition,it is shown that after passive reorientation maneuver,a spacecraft carrying a sloshing liquid will end up with periodic limit loop motion other than a final major axis spin because of the intrinsic non-linearity of fuel slosh.Furthermore,an extensive numerical simulation is carried out to validate the Melnikov's analytical result.

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期刊信息
  • 《宇航学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国宇航学会
  • 主编:杜善义
  • 地址:北京市海淀区阜成路8号主楼306
  • 邮编:100048
  • 邮箱:yhxb@vip.163.com
  • 电话:010-68768614 68767316
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-1328
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2053/V
  • 邮发代号:2-167
  • 获奖情况:
  • 2006、2011年百种中国杰出学术期刊,2007年中国科协精品科技期刊工程,2006-2008年中国科技期刊优秀学术论文奖,2011年《中国精品科技期刊》称号
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:17670