裸电动力绳系航天器非线性动力学及控制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11672125
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0702.非线性振动及其控制
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Based on the particularity of structure of bare electrodynamic tethers and complexity of space environment, this project will establish a model for bare electrodynamic tethered spacecraft under multi-coupling effects. Then, inherent coupling factors for the multi-dimensional system are discussed, as well as perturbation factors. And nonlinear dynamics and control of the system are studied in detail. Next, a safety domain which makes the system long-term stable operation is proposed. Furthermore, with the help of physical experiment platform, all kinds of space environment perturbation would be simulated, such as vacuum, ionization, geomagnetism, microgravity and thermal alternating. Through dynamical scale model, a large number of nonlinear phenomena would be demonstrated, such as chaotic motion, parametric excitation vibration, thermal vibration, and magneto-elastic buckling. The project will focus on solving the following key issues, such as how to reasonably establish a model for bare electrodynamic tethered spacecraft under multi-coupling effects, how to study nonlinear characteristic which comes from the multi-dimensional time-varying system, how to find a safety domain which make the system stable operation in a large time scale, how to simulate the real space environment with multi-physical field coupling, how to accomplish the principle experimental verification of electrodynamic tethered system.
针对裸电动力绳结构特殊性及所处空间环境复杂性,本项目首先构建多场耦合作用下裸电动力绳系航天器模型,考虑其内在耦合关系及摄动因素,讨论该高维系统非线性动力学及控制问题。同时,提出一个能使系统长期稳定工作的安全域。最后,利用物理实验平台模拟真空、电离、地磁、热交变等空间环境,通过动力学缩比模型揭示系统存在的混沌运动、参激振动、热振动、磁弹屈曲等非线性现象。项目将重点解决以下关键问题:合理构建多场耦合作用下裸电动力绳系航天器模型;研究高维时变系统非线性问题;寻找一个大时间尺度下能使系统在轨稳定运行的安全域;实验模拟多物理场耦合的真实空间环境;完成电动力绳系统的原理性实验验证。

结项摘要

基于空间探测、碎片移除、能量传输等各类太空活动的迫切需求,本项目研究了一类在轨裸电动力绳系统的非线性动力学特性。首先,充分考虑环境热冲击、电流非线性分布等因素,针对带状裸电动力绳系统,构建能描述系统动力学行为的一系列含约束的离散刚体单元,基于多体系统动力学方法建立带状裸电动力绳系卫星刚-柔耦合模型。数值结果表明,所建立动力学模型可准确描述系绳的扭转、弯曲、构形变化等。其次,推导出一套欠驱动绳长变化解析控制律,能够对空间绳系卫星系统进行稳态释放。通过Floquet理论证明了系绳释放过程的局部稳定性。值得注意的是,即使对于运行在偏心率较大的椭圆轨道下的空间绳系系统,该绳长变化控制律亦能对释放系绳的面内及面外摆动实现有效抑制。同时,引入大气阻尼及地球扁率等摄动作用,研究了绳系系统面内混沌运动的存在性。自无扰系统先找到系统的双曲平衡点及异宿轨道,继而通过Melnikov函数研究在摄动作用下系统是否存在由于异宿轨道横截相交而产生的横截异宿点,最终给出发生混沌的必要条件。最后,本项目进一步拓展研究了一类环形绳系编队系统的自旋稳定性,对空间微重力环境下自旋绳系编队系统进行数值仿真及等效实验。建立地面等效实验系统,并得出该地面实验系统的动力学方程;导出使该空间闭环绳系编队系统的动力学方程与地面等效实验系统的动力学方程变换到同一个无量纲动力学方程的参数条件,以保证天-地系统的一致性;再利用达朗贝尔原理将地面等效实验系统转化为静力平衡系统。地面实验结果与数值结果一致,从而验证了该实验方法的正确性,给出了此类编队系统自旋稳定的临界值。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
An analytical control law of length rate for tethered satellite system
系留卫星系统长度率解析控制律
  • DOI:
    10.1007/978-3-030-11166-3_2
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Meccanica
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Yu B. S.;Jin D. P.;Wen H.
  • 通讯作者:
    Wen H.
Chaos in a tethered satellite system induced by atmospheric drag and Earth’s oblateness
由大气阻力和地球扁率引起的系留卫星系统中的混沌
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nonlinear Dynamics
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Yu B. S.;Xu S. D.;Jin D. P.
  • 通讯作者:
    Jin D. P.
Modeling and dynamics of a bare tape-shaped tethered satellite system
裸带状系留卫星系统的建模和动力学
  • DOI:
    10.1016/j.ast.2018.05.046
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Aerospace Science and Technology
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Yu B. S.;Dai P. B.;Jin D. P.
  • 通讯作者:
    Jin D. P.
Stability and ground experiments of a spinning triangular tethered satellite formation on a low earth orbit
近地轨道旋转三角形系留卫星编队的稳定性和地面实验
  • DOI:
    10.1016/j.ast.2019.06.012
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Aerospace Science and Technology
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Yu B. S.;Huang Z.;Geng L. L.;Jin D. P.
  • 通讯作者:
    Jin D. P.
Simple method for tethered space debris retrieval
系留空间碎片回收的简单方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Beijing Institute of Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yu B. S.;Jin D. P.
  • 通讯作者:
    Jin D. P.

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其他文献

绳系卫星编队动力学及控制研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    动力学与控制学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余本嵩;文浩;金栋平
  • 通讯作者:
    金栋平
Chaotic motion analysis of a rigid spacecraft dragging a satellite by elastic tether
弹性系绳拖动卫星的刚性航天器混沌运动分析
  • DOI:
    10.1111/acel.13188
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Acta Mechanica
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    庞兆君;余本嵩;金栋平
  • 通讯作者:
    金栋平
Nonlinear dynamics of a flexible tethered satellite system subject to space environment
空间环境下柔性系留卫星系统的非线性动力学
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Applied Mathematics and Mechanics (English Edition )
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余本嵩;金栋平;文浩
  • 通讯作者:
    文浩
一维连续体释放和回收过程的构形计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余本嵩;金栋平
  • 通讯作者:
    金栋平
时变自由度绳系卫星系统动力学
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    余本嵩;文浩;金栋平
  • 通讯作者:
    金栋平

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余本嵩的其他基金

近地轨道闭轴-辐形绳系编队系统非线性动力学
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    63 万元
  • 项目类别:
柔性绳系卫星释放过程的非线性冲击与控制
  • 批准号:
    11202094
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  • 资助金额:
    28.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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