Последние новости
07 дек 2016, 23:23
Чтобы остановить кровопролитие в Алеппо, нужно проявить здравый смысл, сказал...
Поиск

» » » » Реферат: Проведение коррекции траектории МКА и расчет требуемого топлива


Реферат: Проведение коррекции траектории МКА и расчет требуемого топлива

Реферат:  Проведение коррекции траектории МКА и расчет требуемого топлива Существующие ограничения на точки старта РН и зоны падения отработавших ступеней РН, а также ошибки выведения не позволяют сразу же после пуска реализовать рабочую орбиту. Кроме того, эволюция параметров орбит под действием возмущающих ускорений в процессе полета МКА приводит к отклонению параметров орбиты КА от требуемых значений. Для компенсации воздействия указанных факторов осуществляется коррекция орбиты с помощью корректирующей двигательной установки (КДУ), которая располагается на борту МКА.
[sms]В данной работе проведена разработка алгоритма коррекции, моделирование процесса коррекции и расчет топлива, необходимого для проведения коррекции.

Из-за различных причин возникновения отклонений элементов орбиты проводится:

- коррекция приведения - ликвидация ошибок выведения и приведение фактической орбиты к номинальной с заданной точностью.

- коррекция поддержания - ликвидация отклонений параметров орбиты от номинальных, возникающих из-за действия возмущающих ускорений в процессе полета.

Для того, чтобы орбита отвечала заданным требованиям, отклонения параметров задаются следующим образом:

-максимальное отклонение наклонения орбиты Δi = 0,1°

-предельное суточное смещение КА по долготе Δλ = 0,1°
Ρледовательно, максимальное отклонение периода орбиты ΔT = 1,6 сек.
Алгоритм коррекции следующий:
1) Коррекция приведения.
2) Коррекция поддержания.

КОРРЕКЦИЯ ПРИВЕДЕНИЯ

После окончания процесса выведения МКА, проводятся внешнетраекторные измерения (ВТИ). Эти измерения обеспечивают, по баллистическим расчетам, знание вектора состояния с требуемой

точностью через 2 суток. После этого начинается коррекция приведения.

Предложена следующая схема проведения коррекции:

а) Коррекция периода.

б) Коррекция наклонения.

Корректирующий импульс прикладывается в апсидальных точках, либо на линии узлов в течение 20 сек и происходит исправление одного параметра орбиты. Таким образом используется однопараметрическая, непрерывная коррекция.

а) Коррекция периода.

Осуществляется в два этапа:

- коррекция перицентра

- коррекция апоцентра

Сначала осуществляется коррекция перицентра - приведение текущего расстояния до перицентра rπ к номинальному радиусу rн = 6952137 м. После измерения вектора состояния рассчитываются параметры орбиты. Далее определяется нужный корректирующий импульс ΔVк. Направление импульса (тормозящий или разгоняющий) зависит от взаимного расположения перицентра орбиты и радиуса номинальной орбиты. Для этого вычисляется Δrπ = rπ - rν.

Возможны ситуации:

1) Δrπ < 0 - οрикладывается разгоняющий импульс

2) Δrπ > 0 - οрикладывается тормозящий импульс

КА долетает до апоцентра и в апоцентре прикладывается корректирующий импульс. Время работы КДУ - 20 сек.

Так как время работы КДУ ограничено, а ΔVк может быть большим, следовательно, далее рассчитывается максимальный импульс скорости ΔVmax за 20 сек работы двигателя:

ΔVmax = Pt/m = 25Ч20/597 = 0,8375 м/с

Если ΔVк > ΔVmax в апоцентре прикладывается импульс ΔVк = ΔVmax. В результате этого rπ немного корректируется. На следующем витке опять рассчитывается ΔVк, и если на этот раз ΔVк < ΔVmax, в апоцентре прикладывается импульс ΔVк. КДУ включается не на полную мощность P = (ΔVк/ΔVmax)Pmax.

Время включения = 20 сек.

Это происходит до тех пор, пока не приблизится к rπ с заданной точностью.

После того, как скорректирован перицентр, начинается коррекция апоцентра. Рассчитываются параметры орбиты и нужный корректирующий импульс, такой, чтобы rα =rн = 6952137 м. Направление корректирующего импульса также зависит отвеличин rα и rн.

Вычисляется Δrα = rα - rν.

Возможна ситуация:

Δrα > 0 - β перицентре прикладывается тормозящий импульс.

КА долетает до перицентра и в перицентре прикладывается корректирующий импульс. Время работы КДУ - 20 сек.

Так как время работы КДУ ограничено, а ΔVк может быть большим, следовательно, далее рассчитывается максимальный импульс скорости ΔVmax за 20 сек работы двигателя:

ΔVmax = Pt/m = 25Ч20/597 = 0,8375 м/с

Если ΔVк > ΔVmax, в перицентре прикладывается импульс ΔVк = ΔVmax. В результате этого немного корректируется rα. На следующем витке опять рассчитывается ΔVк, и если на этот раз ΔVк < ΔVmax, в перицентре прикладывается импульс ΔVк. КДУ включается не на полную мощность P = (ΔVк/ΔVmax)Pmax.

Время включения = 20 сек.

Это происходит до тех пор, пока rα не приблизится к rн с заданной точностью.

Таким образом осуществляется коррекция перехода.

б) Коррекция наклонения.

После коррекции периода проводятся внешне-траекторные измерения и получают вектор состояния КА. Если снова необходима коррекция периода ее проводят еще раз и снова измеряют вектор состояния КА.

Далее проводится коррекция наклонения по такой же схеме. Коррекция производится в точке пересечения орбиты КА с линией узлов.

После того, как рассчитаны корректирующие импульсы скорости, по формулам перехода проекции вектора на оси абсолютной системы координат. Далее рассчитывается корректирующее ускорение и подставляется в уравнения движения центра масс КА. После этого уравнения интегрируются методом Рунге-Кутта 5-го порядка с переменным шагом.

 

КОРРЕКЦИЯПОДДЕРЖАНИЯ

Основная задача МКА - проведение съемки определенных районов Земли по крайней мере один раз в сутки, т.е. трасса КА должна проходить над заданным районом каждые сутки.

Требования для проведения коррекции:

-

предельное суточное смещение орбиты по долготе Δi = 0,1°

- предельное отклонение наклонения Δλ = 0,1°.
Β пересчете отклонения Δλ νа отклонение по периодуполучим:
ΔT = 1,597 сек. - максимальное отклонение по периоду.
При помощи программы моделирования было просчитано 3 месяца и получено, что средний период изменился на 3,2 сек, а наклонение - на 0,001°.

Таким образом, коррекцию периода надо делать примерно 1 раз в 1,5 мес.

Нужный импульс скорости - 1 м/с за время активного существования - 5 лет - коррекцию периода надо провести 40 раз, ΔV = 40 м/с, масса топлива = 10,8 кг.

За 5 лет Δi = 0,02° - коррекцию наклонения проводить не надо.

ДВИЖЕНИЕ МКА ОТНОСИТЕЛЬНО ЦЕНТРА МАСС

УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО ЦМ КА

При рассмотрении движения относительно ЦМ КА используют уравнения Эйлера:

Jxωx + (Jz-Jy)ωyωz = Mxy + Mxв

Jyωy + (Jx-Jz)ωxωz = Myy + Myв

Jzωz + (Jy-Jx)ωyωx = Mzy + Mzв

где Jx, Jy, Jz - главные моменты инерции,

My - управляющий момент,

Mв - возмущающий момент.

Так как угловые скорости КА малы, следовательно, можно пренебречь произведением угловых скоростей, значит, уравнения Эйлера имеют вид:

Jxωx = Mxy + Mxв

Jyωy = Myy + Myв Jzωz = Mzy + Mzв

Главные моменты инерции:

Jx = 532 кгЧм2, Jy = 563 кгЧм2, Jz = 697 кгЧм2.

Центробежные моменты инерции принимаются равными 0.

Возмущающий момент Mв возникает из-за того, что двигатель коррекции расположен не в центре масс КА, и реактивная тяга, линия действия которой находится на удалении (плече) l от центра масс КА, создает паразитный крутящий момент Mв.

Mв = PЧl,

где P = 25 H - тяга корректирующего двигателя,

l = 4 мм - плечо.

Таким образом, Mв = 25Ч0,0004 = 0,1 Нм.

СТАБИЛИЗАЦИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ПРИ КОРРЕКЦИИ

Основное требование, предъявляемое в этом режиме:

-точность поддержания направления импульса коррекции - не хуже 1 угл.мин. Целью данной главы является исследование динамики системы при

стабилизации углового положения при коррекции.

Функциональная схема МКА состоит из следующих элементов:

1) МКА - малый космический аппарат.

МКА описывается как абсолютно твердое тело.

2) ДУС - датчик угловой скорости.

В качестве ДУС используется командный гироскопический прибор. Он описывается колебательным звеном с параметрами T = 1/30 c-1 и e = 0,7, а

также нелинейным звеном с насыщением 2°/сек.

3) АЦП - аналогово-цифровой преобразователь.

Преобразует аналоговый сигнал с ДУС в цифровой сигнал.

4) ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь.

Преобразует цифровой сигнал с ЦВМ в аналоговый.

5) ШИМ - широтно-импульсный модулятор.

Предназначен для формирования скважности импульсов управления двигателем стабилизации, пропорциональной управляющему напряжению. В этом случае мы имеем среднее значение управляющего момента, пропорциональное управляющему сигналу.

Так как динамика ЦАП, АЦП, ШИМ как электронных аналоговых приборов оказывает на систему незначительное влияние по сравнению с динамикой механических (ДУС, двигатели) динамические звенья, описывающие эти элементы, можно заменить соответствующими коэффициентами усиления. В первом приближении значения коэффициентов не принципиально.

6) Двигатель стабилизации.

Двигатель описывается нелинейностью с насыщением 0,127 Нм и звеном запаздывания с Тд = 0,05 сек.

Тяга двигателя 0,1 Н

7) ЦВМ.

В ЦВМ формируется управление по углу и угловой скорости. Закон управления имеет вид:

ε = K(K1ϕ +K2ϕ), Κ = 1, К1 = 550, К2 = 430.

Эти коэффициенты подбирались на модели, исходя из требований точности поддержания направления корректирующего импульса, а также длительности переходного процесса.

Система была промоделирована по каналу х. Для других каналов схемы моделирования будут аналогичными.

Для разомкнутой системы были построены ЛАЧХ и ФЧХ. Эти графики представлены на рис.43.

Результаты моделирования замкнутой системы представлены на рис.44

46.

Таким образом, в результате моделирования получено, что процесс стабилизации углового положения происходит примерно за 15 сек., статическая точность поддержания углового положения - 0,62 угл.мин., что полностью удовлетворяет требованиям технического задания. [/sms]

16 окт 2008, 11:43
Читайте также
Информация
Комментировать статьи на сайте возможно только в течении 100 дней со дня публикации.