5. Методы наведения и системы управления снижением КА в атмосфере планеты (Лекции), страница 3

дальность планирования равна произведению качества на высоту полёта.Например, при планировании СА с высоты h  5 км при аэродинамическом качестве K  0,3 получим дальность планирования l  1,5 км , которая оказывается относительно небольшой и маневренные возможности СА крайнеограничены.С другой стороны, если СА после выхода на режим установившегосяпланирования оказался на высоте h  6 км и на удалении l  30 км от места посадки, то для обеспечения планирования на это расстояние СА должен иметькачество K  5 - относительно небольшое аэродинамическое качество (Современные планеры имеют качество 3040).5. Определение установившейся скорости сниженияК моменту раскрытия тормозного парашюта начальная энергия СА почтиполностью погашена и СА, возвращаемые по баллистической ( K  0 ) илиуправляемой ( K  0,2  0,3 ) схемам спуска, переходят к крутому снижению сквазиустановившейся скоростью, а СА, возвращаемые по управляемой илипланирующей схемам спуска с высокими несущими свойствами ( K  1 2 ) – крежиму стационарного планирования.При крутом квазиустановившемся снижении справедливо соотношение dV 0,   90 0  dtV 2mg  X  C xSм ,2откуда находим вертикальную скорость сниженияgV,SC Sгде S  x м – баллистический коэффициент.2mНапример, на высоте h  10 км (   4,2172 10 2 кгс  с 2 м 4 ) приS  0,01 м3 (кгс  с 2 ) скорость снижения СА V  152 м с .6.

Определение площади парашютаУчасток снижения заканчивается раскрытием парашюта примерно на высоте h  6  9 км . Определим площадь парашюта, обеспечивающего снижениеСА у поверхности Земли со скоростью V .Так как для снижения на парашюте справедливо равенствоV 2mg  C xSп ,2то получим следующее выражение для определения площади парашюта:2mgSп .C x V 2Например, чтобы обеспечить снижение СА у Земли со скоростью V  8 м спри m  200 кг и С x  1,2 , площадь парашюта должна быть S п  420 м 2 .7. Определение условий мягкой посадкиДля обеспечения мягкого контакта с поверхностью Земли непосредственно перед приземлением могут включаться тормозные пороховые двигатели, которые отрабатывают импульс I .

Если известна масса m СА и его начальная скорость V0 , то можно определить скорость приземления.В соответствии с законом сохранения количества движения имеем:m(V0  V )  I ,откуда находим искомую скорость приземленияI.mНапример, при V0  10 м с , I  1000 кгс , m  200 кг получим скоростьприземления V  5 м с .V  V0 8.

Методы управления движением спускаемых аппаратовСистема управления спуском (СУС) – это комплекс устройств, предназначенных для организации управления космическим аппаратом в процессеспуска. Задача управления спускаемым аппаратом (СА) в атмосфере состоит впереводе аппарата из заданной точки пространства, лежащей на условной границе атмосферы и имеющей определенные фазовые координаты, в заданнуюточку на поверхности планеты или в какую-либо другую точку, при наличииограничений на параметры движения СА в процессе спуска.8.1.

Классификация систем управления спуском (СУС)Задачу приведения СА в заданную точку посадки можно разделить натри функционально связанных друг с другом алгоритма.1. Навигационный алгоритм предназначен для определения текущихзначений кинематических параметров движения аппарата на основе априорнойинформации и показаний измерительных устройств.2. Алгоритм управления осуществляет процесс формирования угловогодвижения СА для получения необходимого изменения (или ориентации) вектора подъемной силы СА.3. Алгоритм стабилизации реализует управление движением СА относительно ц.м.

и обеспечивающий отклонение в допустимых пределах фактического углового движения аппарата от движения, формируемого алгоритмомуправления.Общая задача управления спуском, как правило, разбивается на две самостоятельные задачи.1. Выбор номинальной траектории и соответствующей ей программы управления.Под номинальной траекторией понимается траектория, удовлетворяющая всем поставленным требованиям и ограничениям.2. Анализ возмущенного движения СА.К основным возмущениям, действующим на СА в процессе спуска, относятся:1) возмущения по начальным условиям входа: ошибки по углу входа; ошибки по скорости входа; ошибки по координатам точки входа.2) возмущения, вызванные неточным знанием массовых, геометрическихи аэродинамических характеристик СА;3) возмущения, вызванные неточным знанием характеристик атмосферы(изменения плотности по высоте), а также турбулентностью атмосферы и т.д.4) приборные погрешности СУС: ошибки чувствительных элементов; ошибки средств обработки информации; ошибки исполнительных органов и т.д.Из-за значительного различия времени длинно- и короткопериодическихколебаний СА при спуске в атмосфере влиянием последних на первые при проведении приближенных расчетов можно пренебречь и при анализе траекторийСА рассматривать как материальную точку.СУС современных аппаратов в основном построены на использованииуправления эффективным аэродинамическим качество путем разворотов аппарата по углу крена ( – управление) при постоянном балансировочном углеатаки бал.

Поворот продольной оси СА вокруг вектора скорости на угол крена приводит к изменению вертикальной составляющей полного аэродинамического качества СА – К, т.е.K эфф  Kcosи вертикальной составляющей подъемной силы аппарата, что позволяет управлять продольной дальностью полета СА.При однопараметрическом управлении по углу крена управление продольной и боковой дальностями спуска осуществляется путем использованиямодуля и знака угла крена, причем, как правило, модуль угла крена используется для управления продольной дальностью спуска, а знак - для ликвидации относительно небольших боковых отклонений.Классификацию СУС можно провести по некоторым общим признакам.Классификация СУС1.

По структуре используемых алгоритмов управления и принципу синтеза: управление относительно опорной траектории; с прогнозированием точки посадки; смешанного типа.2. По использованию информации: автономные; командного наведения с Земли или спутника; полуавтономные или комбинированные; с использованием высокоточных методов наведения СА в точкупосадки на конечном участке (самонаведение, по опорномунаправлению).3. По способу управления: с непрерывным управлением; с дискретным корректированием траектории в некоторых характерных точках.4. По роли человека в управлении полётом: автоматические; ручные; смешанного типа.5. По характеру обработки информации: с простейшей обработкой; с использованием специализированных вычислителей или БЦВК.6. По типу расположения чувствительных элементов: с использованием ГСП (ПИНС); с измерительными датчиками, жёстко связанными с корпусом СА(БИНС).Каждая СУС имеет свои преимущества и недостатки с точки зренияобеспечения требуемой точности, надежности работы, массовых характеристик, информационного обеспечения, простоты тактической реализации и т.д.Наиболее распространенными в настоящее время являются автономные СУС сиспользованием командного наведения с Земли на конечном участке.Для аппаратов многоразового использования широкое применение получили СУС, основанные на использовании БЦВК.

Структура управления спуском при использовании БЦВМ очень гибка и позволяет в процессе полета получить значительный объем информации на борту и сформировать многошаговые адаптивные алгоритмы управления спуском.Всю траекторию спуска, как правило, разбивают на несколько характерных участков, на каждом из которых СУС решает специфические задачи.1 участок – участок от точки входа СА в атмосферу до точки достижениямаксимального значения, ограничиваемого параметра (теплового потока, перегрузки и т.д.).2 участок – участок, где выдерживаются заданные ограничения на параметры движения СА.3 участок – основной участок спуска, на котором производится управление по продольной дальности и в боковом направлении.4 участок – последний обеспечивает выход на заданные условия по высоте, скорости, углу наклона и траектории, дальности до точки посадки и т.д.Такой метод управления позволяет упростить решение сложной технической задачи и обеспечить посадку СА в заданную точку и приемлемыми аэродинамическими и тепловыми нагрузками в процессе спуска.8.2.

Автономные системы управления спуском1.Самым простым с точки зрения практической реализации являетсянеуправляемый (баллистический) спуск, однако его основным недостаткомявляется большой разброс точек посадки (до нескольких сотен километров),особенно при спуске в атмосфере, параметры которой могут колебаться относительно номинального значения в широких пределах.2.При управлении СА с использованием номинальной (опорной)траектории параметры движения аппарата по ней вычисляются заранее и хранятся в бортовом вычислительной системе (БВС).