天梯系统稳定性及动力学响应分析

摘要

cqvip:为论证赤道天梯系统的运行安全性以及攀爬器的爬升过程对其振动特征的影响机理,研究天梯系统在赤道平面内、外的稳定性以及攀爬器加速时间与减速时间对系统残余振荡的影响.利用拉格朗日方法建立天梯系统两自由度有质量刚体绳索动力学模型,基于小振荡角假设对其拓扑等价的线性化系统的平衡点进行稳定性分析,最后分别引入攀爬器加速时间比与减速时间比两参数并研究其对系统残余振荡的抑制效果.研究表明:当存在大气阻尼影响时系统在赤道平面内、外均具有渐进稳定的特征;攀爬器的运动会造成绳索在赤道平面内的摆振,科氏力是引起绳索振荡的主要原因;残余振荡幅值对攀爬器减速时间比始终存在一个与加速时间比相关的极小值,通过对加、减速时间比的优化可将系统残余振荡控制在10-3度量级,同时增大攀爬器的巡航速度并减小加速时间可以缩短攀爬器运行至目标轨道的时间.通过对攀爬器运行过程中加、减速时间比优化,可以较好的抑制系统的残余振荡并提高系统的运行效率和经济性.