10 марта 2016г.
Одной из важных задач механики космического полета является проблема пространственной ориентации спускаемых аппаратов (СА). Неправильная ориентация СА может привести к нештатному нагреву, неприемлемому направлению больших перегрузок, некорректной работе парашютной системы торможения, неправильному направлению тормозного импульса и, в конце концов, к разрушению СА. Ориентация может осуществляться с помощью управляющих реактивных двигателей (УРД), а так же при помощи маховиков, вращая которые внутренними электродвигателями, происходит изменение угловой скорости и ориентации СА. Второй вариант является более выгодным, т.к. не требует топливных затрат, но возникает проблема поиска зависимостей внутренних управляющих моментов от времени для различных режимов движения.
В данной работе рассматривается движение СА, как системы четырех тел (Рисунок 1), проводится построение математической модели движения трехроторного гиростата в атмосфере, получение решений дифференциальных уравнений движения, определение моментов внутреннего взаимодействия.
Для определения ориентации несущего
тела к динамическим уравнениям добавляются известные кинематические уравнения
Эйлера и кинематические связи между относительными угловыми скоростями и углами относительного закручивания роторов. Если не обеспечивать управление угловым движением СА, то под действием аэродинамического момента, как показало численное
интегрирование уравнений движения, компоненты угловой
скорости несущего тела будут изменяться, как показано на
Рисунке 2.
Управление угловой скоростью несущего
тела и его пространственной ориентацией осуществляется изменением относительных угловых скоростей
роторов, что видно по полученным выше уравнениям движения. Задавая необходимые законы изменения угловых скоростей от времени,
из системы уравнений движения
(1) можно получить
зависимости относительных угловых
скоростей от времени.
К основным
результатамстатьи можно отнести: построение математической модели движения вокруг центра масс СА под действием аэродинамического момента; получение
численных зависимостей параметров движения вокруг
центра масс СА от времени; выявление методики получения управляющих моментов, обеспечивающих заданное движение СА; получение
численных зависимостей управляющих моментов, обеспечивающих заданное движение СА.
Полученные результаты можно использовать при исследовании движения
перспективных СА, использующих частичную закрутку
для управления движением вокруг центра масс.
Список литературы
1. Алексеев, А.В. Движение
системы соосных тел с медленно вращающимися роторами [Текст] / А.В. Алексеев, А.В. Дорошин // Сб. тр. XIIВсерос. научн.-техн. семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов. Самар. гос. аэрокосм. Ун-т. – Самара, 2006.
– С. 9-12.
2. Асланов, В.С. Пространственное движение
тела при спуске в атмосфере [Текст]
/ В.С. Асланов. – М.: ФИЗМАТЛИТ, – 2004. – 160 с.
3. Асланов, В.С. Стабилизация спускаемого аппарата частичной закруткой при осуществлении неуправляемого спуска в
атмосфере [Текст] / В.С. Асланов, А.В. Дорошин // Космические исследования. – 2002. – Т. 40. № 2. – С. 193-200.
