天梯系統(tǒng)是一種為解決低成本空間運(yùn)輸?shù)目臻g系繩系統(tǒng),其高效率、大荷載、可重復(fù)利用等特點(diǎn),在航空航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。西方國家自2000年以來逐漸對(duì)天梯系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)與控制等方面進(jìn)行了深入研究。本文旨在分析天梯系統(tǒng)的特征參數(shù)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能的影響,并研究系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為,為我國天梯研究和發(fā)展提供理論依據(jù)。本文以傳統(tǒng)的赤道天梯系統(tǒng)為基礎(chǔ),應(yīng)用靜力學(xué)、非線性動(dòng)力學(xué)、最優(yōu)控制等方法,通過系統(tǒng)建模、理論分析、數(shù)值仿真等手段,深入研究了系統(tǒng)部署緯度對(duì)天梯系統(tǒng)的構(gòu)型、運(yùn)載能力、系統(tǒng)穩(wěn)定性、模態(tài)的影響,以及攀爬器攀爬過程中系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)和面內(nèi)、外振蕩抑制的問題。論文的主要內(nèi)容和成果如下:首先,理論論證了赤道天梯系統(tǒng)的可行性,總結(jié)了赤道天梯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,獲得了核心參數(shù)對(duì)系統(tǒng)規(guī)模影響規(guī)律,并給出了系統(tǒng)負(fù)載能力的計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上,提出了采用離散模型設(shè)計(jì)非赤道天梯系統(tǒng)的方法,通過對(duì)比分析論證了該方法的有效性和精確性。結(jié)果表明,該方法可以精確計(jì)算系統(tǒng)的部署范圍及負(fù)載能力。其次,采用Lagrange方法建立計(jì)入大氣阻尼的赤道天梯剛性繩索動(dòng)力學(xué)模型,借用線性穩(wěn)定性定理對(duì)原非線性系統(tǒng)在平衡點(diǎn)附近的拓?fù)涞葍r(jià)線... 

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 天梯系統(tǒng)理論研究
        1.2.1 天梯系統(tǒng)的起源及發(fā)展
        1.2.2 天梯系統(tǒng)面臨的力學(xué)環(huán)境
        1.2.3 繩索的研究
        1.2.4 天梯系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)與控制研究
    1.3 論文的主要研究內(nèi)容
第2章 天梯系統(tǒng)特征參數(shù)設(shè)計(jì)研究
    2.1 引言
    2.2 赤道天梯系統(tǒng)理論驗(yàn)證
        2.2.1 從地球同步軌道衛(wèi)星到天梯的演變
        2.2.2 赤道平面中不同半徑處質(zhì)點(diǎn)的受力
        2.2.3 系繩截面受力
    2.3 赤道天梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
        2.3.1 系繩截面輪廓
        2.3.2 系繩及天頂錨的質(zhì)量
        2.3.3 系統(tǒng)負(fù)載能力
        2.3.4 系統(tǒng)質(zhì)量優(yōu)化
    2.4 非赤道天梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
        2.4.1 模型概述及質(zhì)量離散
        2.4.2 靜平衡模型
        2.4.3 系統(tǒng)部署緯度范圍
        2.4.4 系統(tǒng)負(fù)載能力
    2.5 本章小結(jié)
第3章 天梯系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模
    3.1 引言
    3.2 赤道天梯系統(tǒng)簡化模型
        3.2.1 系統(tǒng)機(jī)械能
        3.2.2 空氣阻力
        3.2.3 非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程
        3.2.4 多攀爬器系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程
    3.3 天梯系統(tǒng)通用模型
        3.3.1 多體繩索動(dòng)力學(xué)模型
        3.3.2 整合攀爬器動(dòng)力學(xué)方程
    3.4 坐標(biāo)系概述
    3.5 本章小結(jié)
第4章 天梯系統(tǒng)穩(wěn)定性及模態(tài)分析
    4.1 引言
    4.2 天梯系統(tǒng)穩(wěn)定性論證
        4.2.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程簡化
        4.2.2 穩(wěn)定性分析
    4.3 天梯系統(tǒng)模態(tài)分析
        4.3.1 基于靜平衡位置的方程線性化
        4.3.2 動(dòng)力學(xué)方程無量綱化
        4.3.3 數(shù)值結(jié)果與討論
    4.4 本章小結(jié)
第5章 天梯系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)
    5.1 引言
    5.2 攀爬器軌跡及控制
        5.2.1 攀爬器速度加載方案
        5.2.2 控制器設(shè)計(jì)
    5.3 攀爬器運(yùn)動(dòng)對(duì)系統(tǒng)造成的擾動(dòng)
        5.3.1 赤道天梯
        5.3.2 非赤道天梯
    5.4 日、月引力攝動(dòng)
        5.4.1 攝動(dòng)力方程推導(dǎo)
        5.4.2 數(shù)值結(jié)果與討論
    5.5 本章小結(jié)
第6章 最小系統(tǒng)殘余振蕩的攀爬器運(yùn)行方案
    6.1 引言
    6.2 最優(yōu)三段式攀爬器速度加載方案
        6.2.1 加減速時(shí)間比
        6.2.2 數(shù)值結(jié)果與討論
    6.3 七段式攀爬器速度加載方案
        6.3.1 速度加載方案
        6.3.2 優(yōu)化方案
        6.3.3 數(shù)值結(jié)果與討論
    6.4 天梯系統(tǒng)面內(nèi)、外振蕩抑制方案
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個(gè)人簡歷


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3704084