Разработка методики моделирования динамики управляемого космического аппарата с учетом упругой изменяемой конструкции

• Автор: Гриневич, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.07.02, 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
1.1. Обзор методов исследования динамики космического аппарата .
1.2. Уравнения динамики движения неуправляемой упругой системы
1.3. Уравнения динамики движения управляемой механической системы
1.4. Программные комплексы моделирования механических систем .
1.4.1. Обзор программных комплексов
1.4.2. Моделирование упругих конструкций в системах конечноэлементного анализа
1.4.3. Моделирование динамики в системах кинематического анализа
1.4.4. Моделирование систем управления
1.4.5. Лицензирование программного обеспечения
1.5. Постановка научной задачи
Выводы по первой главе
ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ СТРУКТУРЫ МЕТОДИКИ КОМПЛЕКСНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ КА
2.1. Определение общего порядка комплексного моделирования динамики КА
2.2. Обоснование выбора и тестирование программных средств, обеспечивающих комплексное моделирование динамики КА
2.2.1. Обоснование выбора программных комплексов
2.2.2. Исследование движения управляемого твердого тела
2.2.3. Исследование движения твердого тела с прикрепленным упругим элементом
Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ПЕРВЫЙ ЭТАП МОДЕЛИРОВАНИЯ: ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ НЕУПРАВЛЯЕМОГО КА С УПРУГОЙ НЕ ИЗМЕНЯЕМОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ
3.1. Выявление особенностей конструкции исследуемых КА и построение их элементных моделей (для КА «Метеор-М», «Ионосфера», «Канопус-В»)
3.2. Исследование динамики неуправляемого КА с упругой неизменяемой конструкцией
3.2.1. Сравнение динамических характеристик КА разных типов
3.2.2. Определение возмущающих воздействий, влияющих на динамику КА
3.2.3. Оценка точности угловой стабилизации
Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. ВТОРОЙ ЭТАП МОДЕЛИРОВАНИЯ: ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ НЕУПРАВЛЯЕМОГО КА С УПРУГОЙ ТРАНСФОРМИРУЕМОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ
4.1. Моделирование динамики неуправляемого КА с упругой трансформируемой конструкцией
4.2. Моделирование нештатного раскрытия элементов конструкции .
4.2.1. Параметры, определяющие нештатное раскрытие АФУ ЛАЭРТ
4.2.2. Численное моделирование нештатного раскрытия антенны 112 Выводы по четвертой главе
ГЛАВА 5. ТРЕТИЙ ЭТАП МОДЕЛИРОВАНИЯ: КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ УПРАВЛЯЕМОГО КА С УПРУГОЙ ТРАНСФОРМИРУЕМОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ
5.1. Моделирование систем управления КА разных типов
5.2. Исследование динамики КА с использованием комплексной динамической модели
5.2.1. Движение при начальном отклонении
5.2.2. Движение при возмущающем внешнем моменте
5.2.3. Движение при возмущении от работающей аппаратуры
5.3. Исследование влияния изменяемой конструкции на динамику управляемого КА

5.4. Исследование влияния нештатно раскрытых элементов на динамику управляемого КА
5.4.1. Динамика КА, управляемого системой ориентации с оптимальными настроечными коэффициентами обратной связи
5.4.2. Динамика КА, управляемого системой ориентации с экспериментальными настроечными коэффициентами обратной связи
5.5. Использование комплексной динамической модели для верификации модели КА, входящей в стенд ВКПО-ИЗ
Выводы по пятой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Метод динамической редукции (Метод Крейга-Бемптона)
Рассмотрим подробнее механизм моделирования упругого тела в системе кинематического анализа Adams и приведем теоретическое обоснование проводимых в ней операций. Это необходимо для полного понимания работы программы и полученных с ее помощью результатов.
Метод Крейга-Бэмптона (метод динамической редукции) - это метод редуцирования системы уравнений движения деформируемого тела, получаемых на основе МКЭ, путём аппроксимации малых упругих перемещений тела набором допустимых форм. Он состоит из пяти этапов [78]:
1) деление узлов на интерфейсные (узлы воздействия силовых элементов и шарниров и узлы, приближенное представление движения которых нежелательно) и внутренние;
2) расчет статических форм от единичных смещений по всем степеням свободы интерфейсных узлов;
3) расчет собственных форм колебаний при зажатых интерфейсных узлах;
4) построение модальной матрицы, редуцированных матриц масс и жесткости;
5) ортонормализация базиса модального пространства на основе решения обобщенной проблемы собственных значений для редуцированных матриц; получение модальной матрицы, ортонормальной относительно полных матриц модели.
Математическая модель упругого КА передается в Adams в файле специального формата MNF (Modal Neutral File). Формирование выходных данных в данном формате позволяют все современные вычислительные комплексы конечно-элементного анализа, а используют различные системы динамического анализа. Структура файла формата MNF в блочном виде представлена на рисунке 1.8.