本文關(guān)鍵詞：正切推力軌道攔截和軌道交會(huì)問題研究

  更多相關(guān)文章： 正切推力 軌道攔截 軌道交會(huì) 逆多項(xiàng)式形狀法

【摘要】：正切推力是指推力方向沿著軌跡的切線方向,即與航天器當(dāng)前時(shí)刻的速度方向一致或者相反。由軌道機(jī)械能表達(dá)式可知,正切推力是改變瞬間軌道機(jī)械能(和軌道半長軸)最有效的方向策略。正切軌道具有簡單的脈沖推力方向,更少的能量消耗,更安全的轉(zhuǎn)移軌跡等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)推力的大小,正切推力可分為脈沖正切推力和連續(xù)正切推力。經(jīng)典的霍曼轉(zhuǎn)移是共面圓軌道之間的雙脈沖雙正切軌道,被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。本論文主要針對(duì)橢圓軌道,研究了脈沖和連續(xù)正切推力下的軌道攔截和軌道交會(huì)問題,可作為軌道機(jī)動(dòng)的次優(yōu)解或最優(yōu)解的初始猜測(cè)。具體的研究成果如下:基于線性相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程,得到了J2攝動(dòng)橢圓軌道的正切脈沖共面軌道交會(huì)解。目前大多數(shù)關(guān)于正切軌道的研究均針對(duì)二體絕對(duì)軌道模型,其在地球扁率攝動(dòng)下會(huì)產(chǎn)生較大的終端位置誤差。求解了正切于初始軌道、正切于目標(biāo)軌道、雙正切軌道問題三種情況。對(duì)于給定的初始脈沖點(diǎn),利用線性相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣給出相對(duì)速度的解析表達(dá)式,于是前兩個(gè)問題可轉(zhuǎn)化為求解目標(biāo)真近點(diǎn)角或轉(zhuǎn)移時(shí)間的單變量函數(shù)的根的問題,其可通過割線法進(jìn)行求解。通過考慮初始漂移段,得到了前兩個(gè)問題相同根的雙正切交會(huì)解,以及最小能量正切攔截或正切交會(huì)解。并把該方法推廣到線性J2攝動(dòng)模型中。求解了脈沖大小約束下非機(jī)動(dòng)共面目標(biāo)軌道的正切單脈沖最小時(shí)間攔截問題。研究了目標(biāo)橢圓軌道和目標(biāo)雙曲線軌道兩種情況。這個(gè)問題要求攔截器和目標(biāo)器飛行時(shí)間相同,且攔截軌道正切于初始軌道。目標(biāo)真近點(diǎn)角的范圍可由脈沖大小約束得到。對(duì)于目標(biāo)雙曲線軌道,時(shí)間方程存在四個(gè)不連續(xù)點(diǎn),其速度方向與漸近線平行。對(duì)于給定的脈沖點(diǎn),任何圓錐曲線的轉(zhuǎn)移時(shí)間可寫成目標(biāo)真近點(diǎn)角的單變量形式,于是,所有解在其可行區(qū)間內(nèi)由割線法得到。對(duì)于不同的脈沖點(diǎn),轉(zhuǎn)移軌跡可為橢圓、拋物線、雙曲線�？紤]脈沖點(diǎn)自由,可通過優(yōu)化算法得到最小時(shí)間攔截解。提出的算法既適用于給定的脈沖點(diǎn),也適用于脈沖點(diǎn)自由下求解優(yōu)化問題。考慮軌跡半徑約束和推力加速度大小約束,研究了修正逆多項(xiàng)式形狀方法用于連續(xù)正切小推力圓軌道轉(zhuǎn)移和交會(huì)問題。經(jīng)典逆多項(xiàng)式形狀方法是一種解析方法,但該方法未考慮推力大小和轉(zhuǎn)移軌跡半徑約束,因此工程中可能并不適用。對(duì)于時(shí)間自由的圓軌道轉(zhuǎn)移問題,證明了逆多項(xiàng)式方法的軌跡半徑單調(diào)變化;對(duì)于給定的最大推力加速度,可得到最小圈數(shù)的解析解。對(duì)于時(shí)間固定的圓軌道交會(huì)問題,由軌跡半徑約束得到最后一個(gè)參數(shù)的可行范圍,并在該范圍內(nèi)求解時(shí)間方程得到交會(huì)可行解,進(jìn)一步得到滿足推力加速度大小約束的解。對(duì)軌道轉(zhuǎn)移和交會(huì)問題,修正逆多項(xiàng)式方法的最大推力加速度比經(jīng)典逆多項(xiàng)式方法的更小,并且兩種方法的能量消耗接近。
【關(guān)鍵詞】：正切推力 軌道攔截 軌道交會(huì) 逆多項(xiàng)式形狀法
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V448
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-30
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義14-15
• 1.1.1 課題來源14
• 1.1.2 課題研究的目的和意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-28
• 1.2.1 國內(nèi)外攔截和交會(huì)計(jì)劃15-20
• 1.2.2 Lambert問題20-22
• 1.2.3 脈沖軌道攔截22-24
• 1.2.4 脈沖軌道交會(huì)優(yōu)化24-26
• 1.2.5 連續(xù)小推力軌道交會(huì)優(yōu)化26-27
• 1.2.6 正切推力軌道機(jī)動(dòng)27-28
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容28-30
• 第2章 軌道力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)30-45
• 2.1 引言30
• 2.2 坐標(biāo)系的定義30-32
• 2.2.1 地心慣性(ECI)坐標(biāo)系30
• 2.2.2 軌道坐標(biāo)系30-31
• 2.2.3 LVLH坐標(biāo)系31-32
• 2.3 開普勒方程32-37
• 2.3.1 橢圓軌道33-35
• 2.3.2 雙曲線軌道35-36
• 2.3.3 二體模型初值問題36-37
• 2.4 軌道運(yùn)動(dòng)方程37-42
• 2.4.1 絕對(duì)運(yùn)動(dòng)方程37
• 2.4.2 線性相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程37-39
• 2.4.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣39-42
• 2.5 飛行路徑角42-44
• 2.6 本章小結(jié)44-45
• 第3章 考慮J_2攝動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)正切攔截和正切交會(huì)軌道45-67
• 3.1 引言45
• 3.2 橢圓軌道相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程及狀態(tài)解45-47
• 3.3 正切軌道問題的提出47-50
• 3.3.1 正切于初始軌道48-49
• 3.3.2 正切于目標(biāo)軌道49-50
• 3.4 問題求解50-53
• 3.4.1 給定初始位置的正切軌道問題50-52
• 3.4.2 考慮初始漂移段的最優(yōu)正切問題52-53
• 3.5 考慮J_2攝動(dòng)的正切軌道問題53-57
• 3.5.1 J_2攝動(dòng)下的線性相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程53-55
• 3.5.2 J_2攝動(dòng)下的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣55-56
• 3.5.3 J_2攝動(dòng)下的正切軌道問題56-57
• 3.6 仿真算例57-65
• 3.6.1 二體相對(duì)運(yùn)動(dòng)正切軌道58-61
• 3.6.2 J2攝動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)正切軌道61-65
• 3.7 本章小結(jié)65-67
• 第4章 正切脈沖最小時(shí)間軌道攔截67-96
• 4.1 引言67
• 4.2 問題描述與分析67-68
• 4.3 飛行時(shí)間方程68-74
• 4.3.1 用飛行路徑角表示轉(zhuǎn)移時(shí)間方程68-71
• 4.3.2 時(shí)間方程導(dǎo)數(shù)71-74
• 4.4 給定脈沖點(diǎn)下解的存在條件74-77
• 4.5 求解軌道攔截問題77-80
• 4.5.1 給定脈沖點(diǎn)77-79
• 4.5.2 考慮初始漂移段79-80
• 4.6 雙曲線目標(biāo)軌道正切脈沖攔截問題80-86
• 4.6.1 問題分析80-81
• 4.6.2 飛行時(shí)間方程81-83
• 4.6.3 特殊初始真近點(diǎn)角和解的存在區(qū)間83-86
• 4.6.4 求解最小時(shí)間攔截解86
• 4.7 仿真算例86-94
• 4.7.1 橢圓目標(biāo)軌道攔截87-91
• 4.7.2 雙曲線目標(biāo)軌道攔截91-94
• 4.8 本章小結(jié)94-96
• 第5章 基于修正逆多項(xiàng)式形狀法的連續(xù)正切小推力軌道機(jī)動(dòng)96-121
• 5.1 引言96
• 5.2 問題描述與分析96-101
• 5.3 圓軌道之間轉(zhuǎn)移問題101-104
• 5.3.1 半徑單調(diào)性101-102
• 5.3.2 經(jīng)典逆多項(xiàng)式方法的最大推力加速度102-103
• 5.3.3 修正逆多項(xiàng)式方法的最大推力加速度103-104
• 5.4 圓軌道之間交會(huì)問題104-108
• 5.4.1 經(jīng)典逆多項(xiàng)式方法的軌跡半徑約束104-106
• 5.4.2 修正逆多項(xiàng)式方法的軌跡半徑約束106-108
• 5.4.3 給定時(shí)間下的最大推力加速度108
• 5.5 仿真算例108-119
• 5.5.1 共面圓軌道之間轉(zhuǎn)移109-112
• 5.5.2 LEO到GEO軌道交會(huì)112-119
• 5.6 本章小結(jié)119-121
• 結(jié)論121-123
• 參考文獻(xiàn)123-132
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果132-134
• 致謝134-135
• 個(gè)人簡歷135

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孫俊;劉勝忠;;準(zhǔn)最優(yōu)控制理論在航天器軌道交會(huì)中的應(yīng)用[J];上海航天;2007年05期

2 朱仁璋,俞南嘉,李頤黎;航天器軌道交會(huì)的一般策略[J];中國空間科學(xué)技術(shù);1999年02期

3 劉濤;解永春;;僅有相對(duì)視線角測(cè)量時(shí)的橢圓軌道交會(huì)相對(duì)導(dǎo)航分析[J];空間控制技術(shù)與應(yīng)用;2010年02期

4 陳長青;解永春;;一類橢圓軌道交會(huì)中的動(dòng)力學(xué)方程研究[J];航天控制;2008年05期

5 李楨;周建平;程文科;李海陽;彭祺擘;;環(huán)月軌道交會(huì)的奔月方案[J];國防科技大學(xué)學(xué)報(bào);2009年01期

6 張萬里;王常虹;夏紅偉;解偉男;;連續(xù)小推力航天器軌道交會(huì)問題的制導(dǎo)律設(shè)計(jì)[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2012年01期

7 彭祺擘;李楨;李海陽;;載人登月飛行方案研究[J];上海航天;2012年05期

8 梁軻;朱戰(zhàn)霞;;基于直接配點(diǎn)法的遠(yuǎn)程交會(huì)軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2010年03期

9 王常虹;張萬里;夏紅偉;解偉男;;航天器軌道交會(huì)問題的制導(dǎo)律設(shè)計(jì)[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2011年02期

10 楊俊;;基于改進(jìn)遺傳算法的多脈沖交會(huì)軌道優(yōu)化研究[J];計(jì)算機(jī)仿真;2012年05期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李鵬;宋申民;張大偉;陳興林;;基于平方根Unscented卡爾曼濾波的航天器自主交會(huì)[A];2007'儀表，自動(dòng)化及先進(jìn)集成技術(shù)大會(huì)論文集（一）[C];2007年

2 李宇飛;王俊峰;劉偉;彭小波;;月球軌道交會(huì)模式下月面上升器推進(jìn)劑用量分析[A];中國宇航學(xué)會(huì)深空探測(cè)技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

3 黃鵬;趙陽;張崇峰;周濤;;我國載人登月方案探討[A];中國宇航學(xué)會(huì)深空探測(cè)技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王東哲;正切推力軌道攔截和軌道交會(huì)問題研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 高翔宇;航天器軌道交會(huì)魯棒和最優(yōu)控制設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

3 張剛;飛行器軌道交會(huì)和軌道轉(zhuǎn)移的兩點(diǎn)邊值問題[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：1112542