航天器动力学 若干问题进展及应用PDF电子书下载

目 录 1

序言 1

第一章绪论 1

1.1航天器动力学及其早期发展 2

1.2现代航天器动力学问题的复杂性 3

1.3航天器动力学的发展现状及其特征 5

1.3.1局部动力学的研究 5

1.3.2部件级子系统动力学的研究不断深入 7

1.3.3耦合动力学研究进入非线性阶段 9

1.3.4整体航天器动力学模型精化与一体化仿真 12

1.3.5理论研究与工程应用 15

1.4本书主要内容及发展之处 16

参考文献 24

4.5.1 动力学系统辨识与最优控制问题数学表述的一致性 1 27

第二章航天器动力学研究内容的基本体系 30

2.1航天器动力学的基本研究对象概述 31

2.1.1刚体 32

2.1.2挠性体 33

2.1.3液体 37

2.1.4连接结构 41

2.1.5环境作用、控制与稳定性 43

2.2常用坐标系 45

2.3刚性航天器的动力学方程 48

2.3.2非自旋航天器的天平动 50

2.3.1地心引力场中质点的轨道动力学方程 50

2.3.3无力矩自旋航天器的永久转动 53

2.4多柔体航天器动力学方程 54

2.4.1多柔体系统动力学微分方程的建立 54

2.4.2多柔体系统约束方程的建立 65

2.4.3考虑动量轮耦合效应时动力学方程的增广形式 66

2.5.1刚性贮箱中液体运动描述 69

2.5刚性贮箱中液体的晃动 69

2.5.2液体小幅晃动理论基础 74

参考文献 76

第三章连接结构动力学模型与特性 81

3.1连接结构在航天器中的用途及其构形 81

3.2.1连接结构线性模型 86

3.2航天器连接结构模型 86

3.2.2连接结构非线性模型 87

3.2.3连接结构随机参数模型 92

3.3连接结构动力学特性及其对航天器的影响 93

3.4小结 97

参考文献 98

第四章动力学系统非线性参数辨识 102

4.1航天器连接结构非线性参数辨识研究概述 103

4.2基于FPK方程的连接结构非线性参数辨识方法 105

4.2.1用FPK方法求系统的精确稳态解 105

4.2.2非线性参数辨识过程 107

4.2.3辨识算例和结果 108

4.3.1动力学系统辨识问题最优控制解的概念 110

4.3基于最优控制理论的连接结构非线性参数辨识 110

4.3.2连接结构非线性参数识别的思路 111

4.3.3连接结构恢复力识别与状态最优估计 113

4.3.4连接结构非线性参数识别 117

4.3.5数值仿真算例 117

4.3.6参数辨识试验 123

4.4影响连接结构参数辨识结果的因素 125

4.4.1测量噪声 125

4.4.2非线性程度 125

4.4.3对非线性系统状态的最优近似 126

4.4.4非线性结构恢复力的估计 126

4.5动力学系统辨识问题最优控制解的本质 127

4.5.2系统辨识问题最优控制解的本质 130

4.6确定性动力学系统参数辨识问题最优控制解理论 131

4.6.1确定性动力学系统参数辨识问题的最优控制解 131

4.6.2最优控制解的存在惟一性与HJB偏微分方程 132

4.6.3确定性动力学系统参数辨识算法 136

4.6.4不可微动力学系统参数辨识 137

4.7小结 142

参考文献 143

第五章复合材料杆件结构等效模型及设计 147

5.1等效模型的基本理论 150

5.1.1位移模式 150

5.1.2简化的本构关系 152

5.2梁的内力及等效模量表达式 154

5.3等效模量计算实例 158

5.3.1理论计算及讨论 159

5.3.2理论计算及实验验证 162

5.4动力学等效模型 164

5.4.1动力学方程的等效研究 165

5.4.2复合材料杆件结构等效分析实例 167

5.5复合材料圆管构件的等效温度膨胀系数 172

5.6复合材料杆件的可视化设计 176

5.6.1可视化软件的基本组成 177

5.6.2设计实例 178

5.7金属接头的有限元剖分及计算 180

5.8小结 183

参考文献 184

第六章蜂窝夹层板结构动力学及其在航天器设计中的应用 187

6.1蜂窝夹层板动力学研究的一般方法 188

6.2蜂窝夹层板的力学模型 190

6.3蜂窝夹层板动力学基本方程 194

6.4.1单向蜂窝夹层板自由振动的解析研究 197

6.4蜂窝夹层板自由振动的解析研究方法 197

6.4.2正交各向异性蜂窝夹层板自由振动的研究方法 203

6.5蜂窝夹层板静、动力学问题的等效分析方法 206

6.6小结 212

参考文献 212

第七章柔性附件伸展动力学 215

7.1动力学方程 219

7.1.1伸展悬臂梁 219

7.1.2绳系卫星系统 222

7.1.3板式附件 223

7.2.2结构稳定性 224

7.2.1伪阻尼 224

7.2系统的基本特性分析 224

7.2.3动力学方程耦合特性 227

7.3系统的响应分析 227

7.3.1非瞬态的齐次解 227

7.3.2脉冲响应的突变－渐强振动 228

7.3.3瞬时共振的延续和加强 230

7.4伸展柔性附件动力学特性的近似解 232

7.4.1改进的平均法 232

7.4.2运动稳定性 236

7.4.3非线性系统 236

7.5小结 240

参考文献 241

8.1动力学方程 244

第八章伸展柔性附件与航天器姿态的耦合动力学 244

8.2姿态控制系统关闭时附件－姿态的交互作用 246

8.2.1弹性振动的影响 246

8.2.2系统参数对交互作用的影响 249

8.3附件－航天器姿态的耦合共振 252

8.4耦合共振时特征值分布 256

8.5对外激励的响应 261

拍振现象 264

8.6.1力学模型 264

8.6对称柔性附件刚度失调后航天器各自由度的 264

8.6.2带对称柔性附件航天器模态局部化现象 266

8.6.3拍振现象及其对姿态控制系统的影响 269

8.6.4带伸展柔性附件航天器的各自由度的准拍振现象 274

8.7小结 279

参考文献 279

第九章大型柔性帆板展开动力学与姿态动力学 281

9.1柔性多体航天器的动力学仿真程序DRMS 284

9.2采用绳索联动机构的卫星太阳帆板同步展开 285

问题研究 285

9.2.1绳索联动机构的机理及其数学模型 286

9.2.2帆板在展开过程中的不同步现象 290

9.2.3同步控制机构参数对帆板展开运动的影响 295

9.2.4展开驱动机构参数对帆板展开运动的影响 296

9.2.5故障模式下的数值仿真 297

9.3考虑铰链间隙的附件展开动力学分析 299

9.3.1间隙的动力学特征及数学模型 300

9.3.2内碰撞过程和铰间关节力 302

9.3.3间隙对展开过程的影响 307

9.3.4附件的弹性振动 309

9.4帆板展开、锁定过程全局仿真 312

9.4.1具有可变约束的多柔体系统的全局仿真策略 312

9.4.2包含附件锁定过程的仿真方法 314

9.4.3数值仿真和结果分析 318

9.5小结 322

参考文献 323

第十章液体有限幅晃动动力学 329

10.1规则形状刚性贮箱中液体的小幅晃动 332

10.1.1窄长贮箱中液体的小幅晃动 332

10.1.2圆柱贮箱中液体晃动的模部分析 335

10.2液体有限幅晃动的力学描述 346

10.2.1微分描述：动边界边值问题 346

10.2.2积分描述：推广的驻定压力原理 348

10.3液体有限幅晃动的解析建模 350

10.3.1速度势函数摄动法 351

10.3.2泛函极值法 353

10.3.3推广的Galerkin方法 358

10.4受俯仰激励贮箱中液体的有限幅晃动 361

10.4.1作俯仰运动窄长贮箱中液体的非线性晃动 362

10.4.2作俯仰运动圆柱贮箱中液体的非线性晃动 371

10.5小结 376

附录 378

参考文献 380

第十一章液－固耦合动力学 384

11.1液体－航天器耦合动力学建模 384

11.1.1耦合系统基本模型 384

11.1.2耦合动力学方程 387

11.1.3非线性耦合动力学方程组的数值分析方法 402

11.2耦合系统的幅频“跳跃”现象 405

11.3耦合系统的多频响应及概周期响应 410

11.4圆柱贮箱中液体面外晃动模态的同步Hopf分叉 415

现象 415

11.5圆柱贮箱中节径的旋转规律 429

11.6耦合系统的阻尼渗透现象 434

11.6.1环形防晃挡板对耦合系统动特性的影响 435

11.6.2弹性振动阻尼对耦合系统动特性的影响 437

11.7小结 440

附录 444

参考文献 446