包带局部连接特性及星-箭-包带耦合系统动力学特性研究

包带连接结构是目前航天领域应用最广泛的星箭连接结构形式，其连接性能直接关系到火箭的运载能力，影响星箭系统在飞行过程中的动力学特性，甚至关系到发射任务的成败。本项目旨在掌握包带连接结构的非线性连接特性及其在发射过程中对星箭系统动力学特性的影响。以大型航天器和长征系列运载火箭为研究对象，合理表征包带连接结构各组件间接触、摩擦非线性力学行为，建立包带连接结构局部力学模型，确定不同形式载荷作用下连接结构特征参数、包带预紧力与包带非线性连接特性之间的关系；将包带连接结构力学模型引入星箭对接面，构建星-箭-包带耦合系统动力学模型，考虑发射过程中推进剂消耗和级间分离，研究时变星-箭-包带耦合系统动力特性，掌握包带连接结构对全箭动特性的影响规律。本项研究可为包带连接结构的设计和应用提供理论指导，有助于改善发射过程中卫星的载荷环境，提高发射可靠性和安全性，具有重要的理论和实际意义。

在航天领域，包带连接结构广泛用于星箭连接。卫星发射过程中，包带连接特性直接影响星箭系统的动力学行为，关系到发射任务的成败。本项目采用理论分析和数值仿真相结合的方法，依次从包带组件间接触摩擦力学行为、包带局部连接刚度和阻尼特性、包带连接结构非线性动力学特性以及星-箭-包带耦合系统动力学特性等不同层面开展了研究，系统、深入的探讨了包带连接结构的非线性连接特性及其在发射过程中对星箭系统动力学特性的影响。通过研究，本项目建立了包带非线性连接刚度和摩擦阻尼的解析模型，构建了包带等效连接单元，引入星箭系统动力学模型，实现了星-箭-包带非线性耦合动力学模拟；在理论研究的同时，开展了包带缩比试验件的准静态和振动试验，对比研究了包带连接非线性对系统力学特性的影响，为包带连接结构的分析和应用提供了试验数据支撑。在完成项目研究内容的基础上，将上述研究工作加以应用和推广。首先，将包带连接结构的建模和分析方法应用于压环连接特性分析，协助航天五院探讨了整星地面振动试验中压环替代包带连接的等效准则；此外，将包带连接结构有限元模型用于星箭解锁分离分析，实现星箭接头的柔性模拟，从而提高了分离仿真计算精度；最后，本项目将包带连接特性和星箭包带耦合系统动力学模拟的思路和方法推广应用于螺栓-法兰连接刚度分析，研究了螺栓连接对盘鼓式转子动力学特性的影响。本项目研究为包带连接结构的设计和应用提供理论指导，有助于改善发射过程中卫星的力学环境，提高发射可靠性和安全性；同时，项目关于包带局部连接特性及其对系统动力学特性的分析方法可以推广至其他相似连接结构，有一定的普适性。项目研究成果具有重要的理论价值和实际应用意义。