【摘 要】
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绳网捕获技术作为柔性捕获技术的典型代表,具有便携性好,容错率高,适应性强,对载体影响小等特点,在小行星以及空间碎片的捕获任务中具有良好的应用前景。本文通过集中质量法对柔性绳网进行近似,并利用弹簧阻尼模型和Hertz接触理论建立了绳网捕获目标过程的动力学模型。此外,还依据空间线段之间的位置关系推导了绳网上绳段之间是否发生自接触过程的检测方法,并以此完善了现有的绳网动力学模型。通过对绳网捕获目标过程中
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绳网捕获技术作为柔性捕获技术的典型代表,具有便携性好,容错率高,适应性强,对载体影响小等特点,在小行星以及空间碎片的捕获任务中具有良好的应用前景。本文通过集中质量法对柔性绳网进行近似,并利用弹簧阻尼模型和Hertz接触理论建立了绳网捕获目标过程的动力学模型。此外,还依据空间线段之间的位置关系推导了绳网上绳段之间是否发生自接触过程的检测方法,并以此完善了现有的绳网动力学模型。通过对绳网捕获目标过程中受力特点的分析,将绳网捕获目标的过程按照时间顺序分成了自由展开、包裹目标以及捕获目标三个捕获阶段。基于这三个捕获阶段,提出了一种分析框架,建立了包括绳网自由展开过程、绳网包裹目标过程以及绳网捕获目标过程在内的三个独立仿真过程,并对捕获过程中涉及的评价捕获效果的指标以及各种捕获参数对捕获过程的影响进行了研究。在建立绳网自由展开过程的仿真之后,通过对绳网网口轨迹的分析,得到了绳网自身运动过程与待捕获目标之间的潜在联系,并提出了基于网口轨迹对绳网捕获目标过程进行分析的方法。根据网口轨迹在空间中形成的轨迹图形,提出了评价绳网捕获目标过程的指标,该评价指标同时也为捕获参数的选择提供了依据。此外,还分析了发射参数,如发射速度以及发射角度大小等对网口轨迹以及对待捕获目标参数选择的影响,并给出了发射参数的选择依据。在建立绳网包裹目标过程的仿真之后,分析了绳网与目标的接触过程对网口轨迹的影响,并比较了网口轨迹图与绳网位形图的优缺点。此外,还利用评价指标分析了目标球体半径以及捕获距离对绳网包裹目标过程的影响。通过选择有效的收口装置的开启时机,完成了对绳网捕获目标过程的完整仿真。针对更一般的情况,建立了偏心捕获情况下绳网捕获目标过程的完整仿真,并评估了偏心距离对绳网捕获目标过程造成的影响。仿真结果表明,基于网口轨迹的分析方法可以更直观全面地分析绳网捕获目标的过程。并且,本文提出的评价指标可以有效地评估不同捕获参数对捕获过程造成的影响,并可以为捕获参数的选择提供参考依据,而捕获参数的有效选择,可以提高绳网包裹目标的能力以及绳网捕获目标的成功率。
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