李 东，杨云飞，胡鹏翔，张 欢,4，程 兴

(1.北京航空航天大学宇航学院，北京 100191；2.中国运载火箭技术研究院，北京 100076；3.北京宇航系统工程研究所，北京 100076；4.清华大学航天航空学院，北京 100084)

0 引 言

2016年6月和11月，我国新一代中、大型运载火箭相继首飞成功。为提高控制能力，新一代火箭采用助推发动机摇摆姿态控制技术，从飞行结果看，火箭刚体、晃动、弹性运动稳定，新型控制方法的正确性得到验证[1]。

新一代火箭模态特性复杂，存在大量助推局部变形为主的模态(如图1所示)。相比传统火箭，新一代火箭有以下特点值得重点关注[2]：

图1 助推局部模态图

1)整体火箭呈现出低频密频模态、强耦合振动、复杂的局部变形等特征，低阶模态中含有大量“呼吸”、扭转、反向弯曲等局部模态，模态特征比单根火箭的模态复杂很多[2-4]；

2)使用大推力发动机导致传动装置-摆动发动机系统的固有频率很低，可能和箭体弹性振动发生耦合；

3)通过助推发动机摇摆，将发动机局部模态引入控制回路。

引入一种合适的分析手段，实现对动力学与控制耦合关系的准确分析，是新一代运载火箭在设计过程中无法绕过去的环节。为此提出了基于多体动力学虚拟样机开展动力学建模与仿真分析的验证新方法。

1 多体动力学技术发展现状

航天器(大型空间站，航天飞机，运载火箭，月球车等)，机器人，高速车辆以及精密仪器等现代工程技术的发展，对大型复杂机械系统的动力学设计与分析提出了越来越迫切的需求。……