先进航天器轨道快速优化.pdf

模型处理:硕P图蚧恚运动模型转化处理:处理后的模型计算量大大减少,仿真精度几乎没有下降,更适合优化数值解法求解。算法方面:与以往在节点上离散化控制量或状态量不同,本文采用函数逼近最优控制量的思想,即采用交多项式函数逼近最优控制量,将上升段轨道最优控制问题转化为一个约束参数优化问题,在此基础上,选用乘子法对约束进行处理,并用变尺度法求解该问题。仿真结果表明,采用上述算法,可以利用计算机近实时地求解获得优化的仙斓载机空中发射方案和火箭助推垂直发射方案斯斓揽梢宰魑应急发射和自主导航的参考轨道,也可为载机空中发射蚧鸺拼怪狈⑸淖芴宸桨嘎壑ぬ峁┎慰家谰荨此外,本文从优化和轨道动力学方面研究了两种空间交会对接段逼近方式和,推导得到産最一般的相对运动规律,并进行了仿真分析,采用拟牛顿法求解得到时间最省腿剂献钍相对运动轨道。关键词:先进航天器;可重复使用运载器:再入轨道;再入走廊;快速优化;乘子法:共轭梯度法;非线性规划;上升轨道;:Ⅱ
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第滦髀引言宇航员加加林第一次乘坐宇宙飞船进入太空标志着航天技术的一次飞跃,但是,宇宙飞船只能一次性使用,耗资巨大,发射程序复杂使人类不能自由地进入太空,并且只有经过专业训练的极少数人才能有幸邀游太空。因此研制可以重复使用的、像飞机那样可以自由往来于太空和地球之间的飞行器成为各国科学家奋斗的目标。年,美国首先研制出了第一架航天飞机莆5谝淮芍馗词用运载器一哥伦比亚号飞上了太空,航天技术进入一个新时代。然而航天飞机并非完美无缺,它技术复杂,安全性差,成本高,仅保养几架航天飞机就要蛎髦旨际跞嗽焙凸ぷ魅嗽薄K恳淮蔚姆⑸#磕仅能发射次,所支付的费用超过亿美元,占美国航空航天局预算的到。因此早在年美国就开始研制新一代的可重复使用运载器“’“”来代替现在的航天飞机。当时选中的方案是的!啊啊切一代可重复使用运载器男〕叽缪橹せ⑸浞延弥挥心壳昂教飞机的薄#天就可以起飞一次,地面操作人员不超过个,无须驾驶以满足美国航空航天局、美国国防部和国际商业发射市场的需求。这样,航天发射费用将大大降低”’,人类就可以更自由地出入太空。上个世纪中叶,冯·布劳恩和钱学森就提出了拍睿婧螅诙嗪教熳家开展了对低车难芯浚恢氯衔#琑是航天运载器的发展方向,可以大幅度降低进入空间的费用。在过去五十年里,航天推进技术,结构材料、制造工艺,制导控制和回收技术等取得了巨大的进步,研制募际跻呀咏墒臁<于廉价的太空资源开发、巨大的战略利益等因素的考虑,当前许多发达国家相继将研制魑F涔夷勘昀词迪帧啊庵帜芡瓿珊教旆苫8旱母飨罹使命还特别适合于作为一种强大的战略武器装备使用的航天器近年来发展得尤为迅速。继美国实施空天飞机计划后“””’,俄罗斯在前苏联可重复使用航方案,英国提出了仗旆苫桨福ü岢隽诵⌒秃教旆苫鶫研制计划,日本开展了际跹橹ぜ苹计划《裙婪⒄寡芯孔橹资助的一个小组正在研制名为“艾瓦塔”““的一种小型吸气式完全可重复使用员,全自动化操作。如果能达到预期的设计要求,用架涂天运输系统的基础上开展了新型可重复使用运载器的研究⋯鹿岢隽西北工业大学博士学位论文
.斓烙呕哪谌菁耙庖运载器。国外正在研究的类似于庋南冉教炱骰褂校浩胀ǹ仗旆尚衅—苹橹せ盗飞行器系列和、军用空天飞机等。纵观这一类名目繁多的航天器,其特点、任务和目的比较类似,有着相似的气动外形和飞行轨道,而且关键技术一材料技术嶂式峁褂敕廊冉峁;掌ρЪ际酰尚锌刂萍际酰蟹ⅲ匝楹推拦赖囊惶寤际酰尚泄斓赖墓婊陀呕杓啤故此,本文作者将这一类航天器通称为先进航天器在这里需要指出:由于可重复使用运载器为这一类航天器中最主要的一类,为了叙述方便,在本论文中,如无特别声明,先进航天器的缩写涂芍馗词飞行轨道的规划和优化作为研发先进航天器的关键技术之一,为先进航天器技术可行性提供重要参考依据,为总体设计提供重要的性能参数,在总体设计和规划中占有极其重要的地位。本文主要研究这一关键技术。尚泄斓腊ㄉ仙牍旆尚泄斓馈⒃诠欤涔旎尚泄斓篮驮偃敕尚轨道。受人体承受能力、飞行器材料结构强度、防热材料性能等因素的限制,在飞行过程中要受到各式各样的严格限制约束,这都涉及到飞行器轨道设计和轨道优化的研究内容。其中轨道设计““是较低要求,即设计一条满足轨道约束条件、控制约束条件和终端约束条件的可飞行、可控制轨道。轨道优化是较高要求,在轨道设计的基础上,寻找一条以某一性能指标最小的优化轨道。、乘员返回飞行器尚衅飨列⒖占渥髡椒尚衅空间机动飞行器大同小异,都包括以下:叱偻平际酰芴逡惶寤杓萍际酰用运载器的缩写ㄓ茫航天器从点