考虑系绳弹性的绳系卫星非线性动力学分析

来源 :第五届全国动力学与控制青年学者研讨会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qwertcbt
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  绳系卫星系统是指由系绳连接两个或多个卫星组成的空间飞行器,通过卷绕机构可对子星释放、状态保持或回收。绳系卫星在圆轨道上运行时,由于重力梯度的作用,在沿地球法线方向存在稳定的径向平衡位置。然而,当系统在椭圆轨道上运行时,由于轨道偏心率的作用,在动力学方程中引入了周期激励,从而导致平衡位置消失。此外,绳系卫星具有阻尼小、大柔性以及无限自由度和高度非线性等特点,在径向平衡位置附近可能发生多种不稳定运动,导致绳系卫星系统呈现复杂的非线性动力学行为。本报告考虑系绳弹性,针对椭圆轨道上状态保持阶段面内二维绳系卫星系统,利用多尺度方法,对其非线性动力学行为进行初步分析,确定了内共振发生条件与系绳参数之间的关系。然后利用摄动法,得到其在椭圆轨道上周期运动的渐进解析解,并利用Floquet理论进行稳定性分析。最后,借助Poincaré截面和分叉图研究了绳系卫星系统的混沌运动。结果表明:在合理的系绳长度、弹性模量及刚度范围内,轨道摄动不会引发系统内共振现象。在满足一定的初始条件下,椭圆轨道绳系卫星的运动可表现为周期运动,周期运动幅值随轨道偏心率的增大而增大。随轨道偏心率的增大,系统会呈现周期运动、倍周期运动和概周期运动的交替现象,最终过渡到混沌运动。此外,系绳刚度对系统的动力学行为具有显著的影响,随刚度减小,卫星面内俯仰振动更快的进入混沌状态。
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