王亚伟 贾月红 陈智谦 韩雅慧 杨春信

（北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京， 100191）

1 引言

系留飞艇可广泛应用于科学观测、空中预警、勘探侦查、抢险救灾等军民领域，具有生存能力强、成本低等优势[1-2]。而近年来，随着绳索在系留浮空器、空间系留卫星、海洋系留探测器等领域的大量应用，绳索力学已成为一般力学研究中的热点。绳索极度柔软，但又不属于标准的柔性体，具有只能承受拉力的物理特性，且为能量耗散体，这给动力学模型的建立和仿真分析带来了一定的困难。因此建立数学物理模型准确描述绳索特性成为研究的关键，对于离散的绳索仿真模型，通常情况下采用多刚体模型或阻尼弹簧模型。Banerjee应用多刚体假设建立了“船-电缆-水下探测器”的动力学模型[3]；Djerassi等人建立了绳索从2个移动平台拉出的多刚体模型[4]；文献[5]采用多刚体模型分析了飞艇-绳索-子弹系统动力学问题；Frost采用阻尼弹簧模型模拟了2个由绳子连接2个弹的高空抛撒过程[6]；文献[7]应用阻尼弹簧模型模拟了系留气球的升空过程；文献[8]应用阻尼弹簧模型研究了绳索-灵巧子弹的动力学特性；国防科技大学硕士学位论文中采用“珠式模型”模拟了空间系留卫星的收拢、释放以及保持过程，其中将绳索部分处理成质点-弹簧-阻尼单元模型[9]。

本文应用ADAMS对飞艇系留系统进行静力学和动力学仿真，建立了绳索的阻尼弹簧模型，针对不同风速条件、驻空攻角以及绳索质量，分析了系留缆绳在静态和动态状况下的内部张力和姿态变化。……