【技术实现步骤摘要】
一种三节点柔性探测器及其动力学建模方法
[0001]本专利技术属于小行星探测领域，特别涉及一种三节点柔性探测器及其动力学建模方法。
技术介绍
[0002]小行星的结构与组成信息中很可能蕴含了太阳系的演化轨迹，同时部分小行星包含了大量的铂、铱等稀有金属资源。小行星探测开发具有重大的科研价值和经济价值。
[0003]目前，登陆探测小行星是研究小行星最直接有效的方式。然而在实际任务中，由于小行星的弱引力环境和不规则表面，传统的刚性探测器容易发生反弹逃逸和倾覆失控，导致登陆任务失败。同时人类目前掌握的小行星表面信息十分有限，探测器登陆时很难确定一个足够平坦的着陆点，登陆后也难以进行大范围的移动，导致登陆探测任务的失败。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种三节点柔性探测器及其动力学建模方法。本专利技术的三节点柔性探测器可以提高小行星登陆探测的成功率，相应的动力学建模方法可以对该三节点柔性探测器进行动力学仿真求解，进而得到三节点柔性探测器在小行星登陆过程中的位移、速度等物...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种三节点柔性探测器，其特征在于，包括：柔性连接结构，以及嵌于所述柔性连接结构中且相对于所述探测器中心旋转对称分布的三个尺寸相同的棱柱状刚性节点；所述刚性节点的高度与所述柔性连接结构的上下底面之间的距离相等；每个所述刚性节点的重量和转动惯量均相等；所述柔性连接结构用于连接三个所述刚性节点，并在所述探测器登陆小行星的过程中进行缓冲；所述刚性节点用于提供所述探测器的控制力和控制力矩并保护放置于所述刚性节点内部的设备。2.根据权利要求1所述的三节点柔性探测器，其特征在于，所述柔性连接结构由两个大小相同的圆盘和一个内径与所述圆盘直径相等的圆环组成，所述圆盘和所述圆环均由相同的柔性材料制成且厚度相等，两个圆盘分别构成所述半圆环的上下底面；所述刚性节点为六棱柱型，所述柔性连接结构与三个所述刚性节点的侧面通过橡胶粘合剂连接。3.根据权利要求1所述的三节点柔性探测器，其特征在于，所述刚性节点包括：刚性外壳、气罐和喷气导管；所述气罐通过所述刚性外壳内部的连接骨架固定于所述刚性节点内部的中心位置；所述气罐为空心球体；所述气罐的上、下两极分别连接一段所述喷气导管，两段所述喷气导管在所述刚性外壳内部分别垂直贯穿至所述刚性外壳的上、下底面并与所述刚性外壳通过焊接方式连接；所述气罐用于储存在所述探测器登陆过程中提供控制力和控制力矩的高压气体；所述喷气导管用于将所述气罐储存的所述高压气体导出。4.根据权利要求3所述的三节点柔性探测器，其特征在于，所述刚性外壳内部还放置有用于所述探测器进行小行星探测的有效载荷。5.一种基于权利要求1
‑
4任一项所述三节点柔性探测器的动力学建模方法，其特征在于，包括：将所述柔性连接结构的表面离散为若干个三角形单元；基于所述三角形单元，求解所述柔性结构发生变形时的内力，包括：所述三角形单元发生拉伸变形时各顶点的拉伸内力和所述三角形单元发生弯曲变形时各顶点的弯曲内力；根据所述柔性结构发生变形时的内力，建立所述三节点柔性探测器的动力学模型。6.根据所述权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述柔性连接结构的表面离散为若干个三角形单元，还包括：将柔性连接结构的材料质量按照各个三角形单元的面积等效到各个三角形单元的顶点上，表达式如下：其中，m
i
表示第i个顶点的质量，N代表第i个顶点连接的三角形单元数量，A
j
表示第i个顶点连接的第j个三角形单元的面积，ρ为三角形单元所处位置处柔性材料的密度，h为三角形单元所处位置处的柔性材料的厚度。7.根据所述权利要去6所述的方法，其特征在于，所述三角形单元发生拉伸变形时各顶点的拉伸内力计算方法为：将任一三角形单元的三个顶点按照逆时针方向分别记为x
i
、x
j
和x
k
，则该三角形单元发生拉伸变形时在顶点x
i
产生的拉伸内力计算表达式如下：
其中，表示由顶点x
i
、x
j
和x
k
组成的三角形单元发生拉伸变形时在顶点x
i
产生的拉伸内力，l
i
、l
j
、l
k
分别表示三角形单元变形后顶点x
i
、x
j
和x
k
各自的对边即边x
j
x
k
、x
i
x
k
、x
i
x
j
的长度，L
i
、L
j
、L
k
分别表示三角形单元变形前边x
j
x
k
、x
i
x
k
、x
i
x
j
的长度，r
xi
表示顶点x
i
的位置矢量，r
xj
表示顶点x
j
的位置矢量；K
ij
、K
i
和K
j
分别表示边x
i
x
j
的夹角刚度、边x
j
x
k
的拉伸刚度、边x
i
x
k
的拉伸刚度，计算表达式分别如下：其...
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