空间绳网捕获过程动力学与仿真研究

空间绳网是一种新型的在轨捕获技术,对解决日益紧张的空间环境问题具有重大意义。基于有限元法,将绳网离散为若干绳段单元,通过对单元的受力分析,推导得到了空间绳网的动力学模型。应用罚函数法建立了绳网与目标的碰撞动力学模型。采用ABAQUS有限元软件建立了空间绳网与捕获目标的仿真模型,并实现了捕获过程的动力学仿真,提出了空间绳网捕获效果评价指标,重点讨论了绳网对于不同目标捕获过程的差异。仿真结果表明:空间绳网与球体目标的碰撞力最大,对于正方体目标包裹性最好,并且碰撞后正方体目标的速度和位移增量最大。     

空间绳网结构设计及优化方法

在空间绳网的展开阶段,牵引体与绳网本体的动能交换使得绳网中心出现回弹现象,严重影响着绳网展开性能。基于四边形平面绳网,在不改变绳网拓扑结构前提下,通过优化网目结构提升绳网展开性能;引入两种矩阵分别表示绳网拓扑结构及绳段长度,使用弹簧质点法建立绳网动力学模型,并以有效展开位移为优化目标,提出一种基于遗传算法的网目结构优化策略。通过数值仿真对比了绳网优化前后的结构及展开性能,结果表明,采用优化结构的绳网能够在几乎不影响最大展开率前提下,抑制绳网回弹,提高绳网的有效展开位移。