一种适用于平流层卫星系统的空间绳系的仿真方法
【专利摘要】本发明提供了一种适用于平流层卫星系统的空间绳系的仿真方法，将系绳平均分割为相同长度的若干段，建立平流层卫星系统的数学模型，根据节点和每段系绳的位置关系，推导节点约束方程并求解二阶导数，对此方程使用四阶Runge-Kutta方法进行积分求解，完成平流层卫星绳系系统的仿真任务。本发明考虑了空间绳系的重力和柔性，保证了空间绳系对于传递控制力的大小和方向的精确度和有效性。
【专利说明】一种适用于平流层卫星系统的空间绳系的仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种仿真方法，尤其是一种平流层卫星的仿真。
【背景技术】
[0002]平流层卫星运行在20~35km的平流层中，通过携带不同的有效载荷，完成数据通讯、地面观测、战场监控等任务。平流层卫星是在传统高空气球的基础上，利用空间绳系连接顶端的超压气球和末端的气动帆，构成由“超压气球+空间绳系+气动帆”组成的平流层卫星系统，采用气动帆实现系统的运动轨迹控制，使系统在平流层内沿特定轨道绕地球运动。
[0003]平流层卫星系统的空间绳系的运动过程是一个复杂的动力学问题，不恰当的绳系建模仿真方法将使得系绳的运动过程出现较大误差。目前，对于平流层卫星系统一般是仅将系绳简单地当作直线状态的轻质刚体考虑，认为超压气球受到的系绳张力与气动帆对系绳末端产生的作用力的大小和方向均不变，但是这种建模方法忽略了系统的重力和柔性的影响，将会导致仿真结果严重偏离系统的真实运动。另外，虽然考虑了系绳在传递控制力过程中的大小和方向的改变，但是只是将其作为干扰考虑，并不能反映系统运动的真实情况。
[0004]通过上面的分析可以发现，目前所采用的平流层卫星系统的空间绳系建模仿真方法存在较大缺陷，会导致仿真结果严重偏离系统的真实运动情况。因此如果能够给出一种方法，使其能够精确的反映绳系运动的真实情况。这种方法不仅具有重要的学术价值，也具有广泛的应用前景。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种适用于平流层卫星系统的空间绳系的仿真方法，采用离散分段法建模，综合各分段系绳的受力、力矩和节点约束组成的常微分方程组进行积分求解。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤:
[0007]步骤1:将系绳平均分割为相同长度的若干段，并将靠近末端气动帆的绳段编号为I，靠近顶端气球的绳段编号为n，相应得到n+1个节点，绳段I与气动帆连接处为节点0，绳段η与气球连接处为节点η，将每段绳段看作刚体杆，质心位于其几何中心，所受上部和下部的系绳张力分别位于上下节点处；
[0008]步骤2:建立平流层卫星系统的数学模型，
[0009]系统中柔性系绳的运动满足:
【权利要求】
1.一种适用于平流层卫星系统的空间绳系的仿真方法，其特征在于包括下述步骤:步骤1:将系绳平均分割为相同长度的若干段，并将靠近末端气动帆的绳段编号为1，靠近顶端气球的绳段编号为n，相应得到n+1个节点，绳段I与气动帆连接处为节点O，绳段η与气球连接处为节点n，将每段绳段看作刚体杆，质心位于其几何中心，所受上部和下部的系绳张力分别位于上下节点处； 步骤2:建立平流层卫星系统的数学模型， 系统中柔性系绳的运动满足:
【文档编号】G06F17/50GK103984812SQ201410195149
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】刘涛, 李旺乾, 闫斌斌, 于云峰, 符文星, 常晓飞 申请人:西北工业大学