[发明专利]一种空间非合作目标抓捕过程中振动冲击抑制机构优化设计方法

说明书

本发明公开了一种空间非合作目标抓捕过程中振动冲击抑制机构优化设计方法，该方法针对空间非合作目标抓捕过程中的碰撞冲击问题，通过在抓捕机构以及抓捕航天器之间装置仿生非线性结构方法实现抓捕被动减振，减小非合作目标抓捕过程中的冲击碰撞对基座的扰动；具体来说，针对空间非合作目标抓捕过程的冲击减振问题，考虑到仿生结构阻尼的质量和减振效果，对非线性结构参数进行优化设计，求解最优冲击碰撞扰动被动抑制结构设计。

技术领域

本发明属于空间非合作目标抓捕控制领域，具体涉及一种空间非合作目标抓捕过程中振动冲击抑制机构优化设计方法。

背景技术

随着空间开发利用活动的增加，空间碎片的数量急剧增多。而空间轨道的资源是有限的，如果不清理空间碎片，待其数量增大到一定程度后，已有碎片之间的碰撞会使产生碎片的速度大于清理的速度，从而引起“凯斯勒”效应，空间将不能再被利用。因此空间碎片的清理是亟待解决的任务。由于大量空间碎片具有旋转特性，在抓捕过程中，不可避免会出现碰撞冲击等。因此需要针对空间碎片抓捕过程中的振动冲击控制问题，提出高效可行的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间非合作目标抓捕过程中振动冲击抑制机构优化设计方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种空间非合作目标抓捕过程中振动冲击抑制机构优化设计方法，该方法针对空间非合作目标抓捕过程中的碰撞冲击问题，通过在抓捕机构以及抓捕航天器之间装置仿生非线性结构方法实现抓捕被动减振，减小非合作目标抓捕过程中的冲击碰撞对基座的扰动；具体来说，针对空间非合作目标抓捕过程的冲击减振问题，考虑到仿生结构阻尼的质量和减振效果，对非线性结构参数进行优化设计，求解最优冲击碰撞扰动被动抑制结构设计。

本发明进一步的改进在于，根据生物界普遍存在的X构型结构特征，设计一种具有非线性阻尼特征的减振机构，该减振机构由多段X型结构组成，每个X型结构由两根杆组成；杆件之间的摩擦以及结构形变可有效减缓抓捕过程扰动碰撞冲击对抓捕航天器的影响。

本发明进一步的改进在于，包括以下步骤：

步骤一：减振机构结构设计

步骤二：减振机构动力学建模

设四自由度圆盘中“X”构型数目为n′，中间单自由度部分“X”构型数目为n，θ为X构型与底面相连的部分与底盘之间的初始夹角；为X构型工作之后的位置与其初始位置之间的夹角；q_i为X构型总体的纵向变化量；s_i为X构型总体的横向变化量；L为X构型每一部分的杆的长度，由几何关系可得到如下关系式：

由公式(1)可求得：

而参数s_i可表示为

整个系统的动能表示如下，其中m为整个系统的质量；为Z轴方向上的速度：

系统势能表示如下，其中Ω_mp(T)为上盘的角速度矩阵；I_T为上盘的转动惯量矩阵：

参数I_(T)的表达式如下，其中I_x，I_y与I_z分别为X，Y，Z方向的转动惯量；r_T为顶盘的半径：