Investigación sobre el Modelado Dinámico de Naves Espaciales Compuestas Rígido-Flexible Bajo Restricciones Fijas Basado en el ANCF
Autores: Wu, Jiaqi; Kang, Guohua; Wu, Junfeng; Xu, Chuanxiao; Zhou, Jiayi; Tao, Xinyong; Hua, Yinmiao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Investigación sobre el Modelado Dinámico de Naves Espaciales Compuestas Rígido-Flexible Bajo Restricciones Fijas Basado en el ANCF
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Modelado
Características flexibles
Naves espaciales compuestas
Ecuaciones dinámicas
Amortiguamiento
Simulaciones numéricas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
Modelar dinámicamente las características flexibles de naves espaciales compuestas articuladas a gran escala es un desafío. En este estudio, se propone un método de modelado dinámico para naves espaciales compuestas rígido-flexibles basado en la formulación de coordenadas nodales absolutas (ANCF). Primero, la nave espacial en la compuesta articulada se simplifica como un cuerpo rígido, y los mecanismos de acoplamiento entre naves espaciales se aproximan utilizando el modelo de viga completamente parametrizado. A continuación, respecto a las restricciones entre la viga y el cuerpo rígido, las coordenadas nodales absolutas de la viga se convierten en coordenadas de cuerpo rígido. Esto permite simplificar las ecuaciones dinámicas utilizando coordenadas independientes, reduciendo la dimensión del modelo. Finalmente, se aumenta el amortiguamiento del sistema mediante el método de reducción de ruido de tensión media, que suprime componentes de alta frecuencia en el modelo dinámico y reduce aún más la rigidez de las ecuaciones dinámicas para el cuerpo compuesto. Este método de modelado disminuye la complejidad de la dinámica del cuerpo compuesto y evita la dificultad de resolver ecuaciones algebraico-diferenciales que presentan los métodos de multiplicadores de Lagrange, facilitando simulaciones numéricas. El método propuesto es aplicable tanto a topologías de árbol como de malla. Las simulaciones en MATLAB demuestran que el modelo dinámico propuesto alivia el desastre de dimensionalidad causado por algoritmos convencionales, reduciendo significativamente el tiempo de cálculo. Los resultados de la simulación son consistentes con ADAMS. El modelo propuesto presenta errores de desplazamiento inferiores a 1 mm, destacando su eficiencia y precisión.
Descripción
Modelar dinámicamente las características flexibles de naves espaciales compuestas articuladas a gran escala es un desafío. En este estudio, se propone un método de modelado dinámico para naves espaciales compuestas rígido-flexibles basado en la formulación de coordenadas nodales absolutas (ANCF). Primero, la nave espacial en la compuesta articulada se simplifica como un cuerpo rígido, y los mecanismos de acoplamiento entre naves espaciales se aproximan utilizando el modelo de viga completamente parametrizado. A continuación, respecto a las restricciones entre la viga y el cuerpo rígido, las coordenadas nodales absolutas de la viga se convierten en coordenadas de cuerpo rígido. Esto permite simplificar las ecuaciones dinámicas utilizando coordenadas independientes, reduciendo la dimensión del modelo. Finalmente, se aumenta el amortiguamiento del sistema mediante el método de reducción de ruido de tensión media, que suprime componentes de alta frecuencia en el modelo dinámico y reduce aún más la rigidez de las ecuaciones dinámicas para el cuerpo compuesto. Este método de modelado disminuye la complejidad de la dinámica del cuerpo compuesto y evita la dificultad de resolver ecuaciones algebraico-diferenciales que presentan los métodos de multiplicadores de Lagrange, facilitando simulaciones numéricas. El método propuesto es aplicable tanto a topologías de árbol como de malla. Las simulaciones en MATLAB demuestran que el modelo dinámico propuesto alivia el desastre de dimensionalidad causado por algoritmos convencionales, reduciendo significativamente el tiempo de cálculo. Los resultados de la simulación son consistentes con ADAMS. El modelo propuesto presenta errores de desplazamiento inferiores a 1 mm, destacando su eficiencia y precisión.