Лазарев Ю.Н. Управление траекториями аэрокосмических аппаратов (2007) (1246773), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Работоспособность методов и алгоритмов подтвержденарезультатами решения задач, содержащих все ограничения нафазовые координаты, режимы движения и управление,приведённые в технической формулировке проблемы.В четвертой главе решены задачи формирования номинальногои командного управления траекториями аэрокосмических аппаратов при спуске в атмосфере. В качестве объектов управления рассмотрены спускаемый аппарат с несущим корпусом и орбитальныйкорабль транспортной космической системы.11Лазарев Ю.Н.
«Управление траекториями аэрокосмических аппаратов»_____________________________________________________________________________________________________________Для спускаемого аппарата с несущим корпусом решены задачиформирования двухканального (по углам атаки и крена) номинального оптимального управления, имеющие известные решения, полученные с помощью принципа максимума, а также получены номинальные оптимальные программы одноканального (только поуглу крена) и двухканального управления спуском в атмосфере сучётом многочисленных ограничений на фазовые координаты, режимы движения и управление.Для орбитального корабля приведены результаты решения задач формирования двухканального номинального и командноготерминального управления.
Показана эффективность алгоритмовпри формировании номинального оптимального управления с одним и двумя критериями качества. Сформировано трёхканальное(по углам атаки и крена, а также тяге двигателей) оптимальное терминальное управление, приведены результаты проверки выполнения необходимых условий оптимальности. Подтверждена эффективность многошагового алгоритма командного управления приспуске в условиях действия априорно неопределённых возмущений: отклонений начальных условий движения, аэродинамическиххарактеристик аппарата и параметров атмосферы от расчётных значений, приведены результаты стохастического моделирования.В пятой главе исследовано управление суборбитальными траекториями орбитального корабля, орбитального самолёта и суборбитального самолёта.Рассмотрена нештатная ситуация, связанная с прекращениемвыведения орбитального корабля на орбиту спутника Земли.
Исследовано пассивное движение аэрокосмического аппарата, обладающего механической энергией, недостаточной для реализациитраектории, близкой к штатной траектории спуска в атмосфере.Рассмотрены схемы возвращения орбитального корабля послеаварийного прекращения выведения на орбиту спутника Земли. Дляодного варианта начальных условий, соответствующих уровню механической энергии примерно вдвое меньшему, чем в конце участка выведения, построены области достижимости на сфере приведения без учёта ограничений и с учётом ограничений на перегрузку,удельный тепловой поток в критической точке аппарата и скоростной напор.12Введение_____________________________________________________________________________________________________________Сформировано номинальное управление, приводящее аэрокосмический аппарат к началу участка предпосадочного маневрирования.
Показана работоспособность многошагового алгоритма командного управления в задаче приведения аэрокосмического аппарата в ту же область конечных условий движения при наличии возмущений.Проанализированы закономерности формирования номинального оптимального управления по каналам угла атаки и скоростного угла крена.Аналогичное исследование проведено для суборбитальныхтраекторий орбитального самолёта. Рассмотрены траектории возвращения для различных моментов прекращения выведения.
Найдено минимальное время движения орбитального самолёта с внешним топливным баком, необходимое для набора энергии, достаточной для формирования суборбитальной траектории возвращения.Начиная с соответствующей этому времени точки на траекториивыведения для всех последующих возможно построение областейдостижимости. Кроме областей достижимости построены областивозможного попадания, характеризующие манёвренные возможности аэрокосмического аппарата для всей траектории выведения.Показаны возможности трёхканального (по углам атаки и крена, атакже тяги двигателей) управления.Рассмотрены траектории суборбитального самолёта, построеныобласти достижимости для двухканального и трёхканальногоуправления траекторией.В шестой главе рассмотрена задача управления изменением ватмосфере наклонения плоскости орбиты аэрокосмического аппарата.
Этот манёвр характеризуется тем, что для его выполнения вполном объёме необходимо использование тяги двигателей. Возможность поворота плоскости орбиты в атмосфере является отличительной особенностью аэрокосмических аппаратов, характеризующей их способность совершать сложные манёвры в атмосфере иоколоземном космическом пространстве.В качестве объекта управления рассмотрен воздушнокосмический самолет. Решены задачи формирования номинальногооптимального двухканального управления, имеющие известныерешения, полученные с помощью принципа максимума.
Полученыноминальные оптимальные программы двухканального управления13Лазарев Ю.Н. «Управление траекториями аэрокосмических аппаратов»_____________________________________________________________________________________________________________движением на атмосферном участке манёвра с учётом ограниченийна режимы движения, терминальные условия и управление.Решены задачи формирования номинального оптимальноготрёхканального управления без упрощающих допущений об импульсном характере приложения тяги. В качестве критерия оптимальности рассмотрено конечное значение массы аппарата, котороетребовалось максимизировать. Получены номинальные оптимальные программы трёхканального управления с протяжёнными активными участками с учётом ограничений на режимы движения,терминальные условия и управление.Оптимизация трёхканального управления аэрокосмическимаппаратом при изменении наклонения плоскости орбиты в атмосфере обеспечила уточнение известных и получение новых результатов без введения допущения об импульсном характере приложения тяги и с учётом ограничений.14Глава 1.
Общие вопросы управления траекториями___________________________________________________________________________________________________________ГЛАВА 1ОБЩИЕ ВОПРОСЫ УПРАВЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИЯМИ1.1. Задача управления траекториямиаэрокосмических аппаратов1.1.1. Аэрокосмический аппарат. Развитие аэрокосмическойтехники, разработка перспективных технологий её использованияставят новые проблемы в области управления траекторным движением летательных аппаратов. В настоящее время разрабатываются,испытываются и находятся в эксплуатации аэрокосмические аппараты различных конструкций и назначения. Аэрокосмический аппарат − летательный аппарат, способный совершать управляемоедвижение, как в атмосфере, так и в околоземном космическом пространстве, и располагающий достаточно большим (больше единицы) максимальным значением аэродинамического качества на гиперзвуковых скоростях движения в атмосфере.
Наличие аэродинамического качества достигается самолётной формой аэрокосмического аппарата, а именно, несущим корпусом и (или) крылом.К достоинствам аэрокосмических аппаратов относятся возможность использования многоразовых конструкций, снижениемаксимальных значений перегрузки и тепловой нагрузки при движении в атмосфере, повышение манёвренности и увеличение области достижимости при маневрировании. О перспективности создания новых, более совершенных типов аэрокосмических аппаратов свидетельствуют результаты лётно-конструкторских испытанийи эксплуатации орбитальных кораблей транспортных космическихсистем «Спейс шаттл» [120] и «Энергия-Буран» [99, 133], орбитального самолёта «Спираль» [97, 105], летающих моделей летательных аппаратов «БОР-4» и «БОР-5» [97, 99].
Обоснованы проекты [133] орбитальных и суборбитальных аэрокосмических аппаратов транспортных космических систем «МАКС», «Хотол», «Зангер», «Гермес», «XL-20», «Хоуп», «Клипер» и других.Большое значение и наибольшие трудности представляет изучение особенностей и разработка методов формирования управления траекториями аэрокосмических аппаратов на атмосферных уча-15Лазарев Ю.Н.
«Управление траекториями аэрокосмических аппаратов»___________________________________________________________________________________________________________стках, то есть при полёте ниже условной границы атмосферы, за которую обычно принимают высоту, равную 100 километрам.Движение аэрокосмических аппаратов в атмосфере характеризуется многорежимностью и наличием разнообразных ограничений,управление траекторией является многоканальным, а требования кточности выполнения заданных конечных условий достаточно высоки. Совершенствование вычислительной техники устраняет препятствия к использованию методов и алгоритмов управления, использующих все имеющиеся у аэрокосмических аппаратов возможности для повышения точности управления и надёжности выполнения манёвров на всех режимах движения в атмосфере и околоземном космическом пространстве, включая нештатные ситуации.1.1.2.
Задача управления. Общая задача управления движением аэрокосмического аппарата заключается в определении параметров траектории и характеристик аппарата (задачи навигации иидентификации), формировании управления движением центрамасс (задача управления траекторией или задача наведения) и формировании управления движением относительно центра масс (задачи ориентации и стабилизации) [110].Решение задачи управления траекторией аэрокосмического аппарата проводится в два этапа. На первом этапе, до начала процессауправления, по каждому из каналов управления формируются номинальные (расчётные) управляющие зависимости, обеспечивающие достижение цели управления в соответствии с выбраннымимоделями движения.
На втором этапе, во время движения, на основе номинальных программ формируются командные управляющиезависимости, обеспечивающие выполнение целевой задачи в реальных условиях функционирования системы управления.В процессе командного управления задачи навигации и идентификации, наведения, ориентации и стабилизации решаются одновременно. Навигационная информация является необходимой длярешения задачи наведения, в результате решения которой формируются управляющие зависимости по отдельным каналам управления траекторией аэрокосмического аппарата. Реализация этих зависимостей осуществляется в результате решения задач ориентации истабилизации аэрокосмического аппарата относительно центрамасс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
