Исследование маневренных возможностей аэрокосмических аппаратов при движении по суборбитальным траекториям

• Автор: Баяндина, Тамара Александровна
• Шифр специальности: 05.07.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 175 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ПО СУБОРБИТАЛЬНОЙ ТРАЕКТОРИИ
1.1. Схемы суборбитальных траекторий аэрокосмических аппаратов
1.2. Обзор методов и алгоритмов многоканального управления
1.3. Формулировка задачи управления
ГЛАВА 2. АЛГОРИТМЫ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОКАНАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ
2.1 Формирование управления на основе метода последовательной
линеаризации
2.2. Алгоритмы учета ограничений
2.3. Алгоритм формирования номинального управления
2.4. Алгоритм построения областей достижимости
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛАСТЕЙ ДОСТИЖИМОСТИ
3.1 Области достижимости при движении орбитального самолета в
нештатной ситуации
3.2. Области достижимости при движении экспериментального
СУБОРБИТАЛЬНОГО САМОЛЕТА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Одним из направлений развития космической техники является создание и использование аэрокосмических аппаратов, входящих в состав многоразовых авиационно-космических систем.
В настоящее время в ряде стран проводится интенсивные исследования концепций будущего поколения многоразовых авиационно-космических систем. Особое внимание уделяется экономической эффективности их применения, которая в значительной степени определяется возможностями выполнения различных целевых задач.
Один из первых проектов многоразовых космических транспортных систем (МКТС) - «Спираль» разрабатывался в ОКБ имени А.И. Микояна в 1965... 1975 годах и был доведен до стадии создания пилотируемого прототипа орбитального самолета и его испытаний в дозвуковом диапазоне скоростей проект, разрабатывавшийся. Первые реализованные проекты МКТС - «Спейс Шаттл» /49,69,70/, «Энергия» - «Буран» /42,48,52/, в которых некоторые составляющие являются изделиями многоразового применения, не обеспечили кардинального решения проблемы многоразовости.
Развитие космической деятельности делает актуальными такие задачи, как аварийное спасение экипажей пилотируемых космических аппаратов и оперативная инспекция космических объектов. Оперативное решение задачи экстренного полета к космическому объекту, а также прямое выведение на околоземные орбиты с любым наклонением может быть обеспечено МКТС горизонтального старта, использующей в качестве первой ступени самолет-носитель (СН). Такие системы позволяют снять ограничения на возможные наклонения орбит, накладываемые расположением отечественных космодромов, и могут базироваться на аэродромах в различных районах земного шара.

В настоящее время проект многоцелевой авиационно-космической системы - (МАКС) (Россия, Украина) /1/ с самым грузоподъемным в мире дозвуковым самолетом-носителем Ан-225 «Мрия» в наибольшей степени удовлетворяет требованиям, предъявляемым к перспективным МКТС как по стоимости создания и выведения на околоземную орбиту полезной нагрузки, так и по возможности решения разнообразных задач и экологическим критериям.
Диссертация посвящена исследованию маневренных возможностей второй космической ступени МАКС при суборбитальном движении. Рассматриваются две модификации второй ступени: орбитальный самолет (ОС) с внешним топливным баком (ВТБ) системы МАКС-ОС и экспериментальный суборбитальный самолет (ЭСС) - демонстратор технологий авиационно-космических систем - МАКС-Д.
В дальнейшем орбитальный самолет и экспериментальный суборбитальный самолет будут называться аэрокосмическими аппаратами.
Актуальность темы исследования. В программах полетов аэрокосмических аппаратов особое значение имеет управление ими на участке спуска в атмосфере. При исследовании возможных траекторий движения аэрокосмических аппаратов возникает необходимость в изучении нового класса траекторий. В настоящее время недостаточно исследованы потенциальные возможности аэрокосмических аппаратов при многоканальном управлении их движением по суборбитальным траекториям. Традиционно исследовались траектории спуска при входе аэрокосмических аппаратов в атмосферу с околоземной орбиты и при повороте плоскости их орбиты в атмосфере. Суборбитальные траектории относятся к новому классу траекторий, которые характеризуются начальной скоростью, существенно меньшей орбитальной и (или) начальной высотой, меньшей условной границы атмосферы, равной примерно 100 км. Отличительной особенностью суборбитальной траектории является наличие начального восходящего участка и недостаток кинетической энергии аппарата, требуемой для движения по траекториям квазистационарного

соответствующая конечной точке траектории на высоте 20 км. Отклонения Ах, (х, = V,e, %,<р,Х,Н) реализуемых значений от требуемых не должны превышать допустимых величин Ахідоп:
AV(t')-AVdon<(>)0;
Ав(Ґ)-А9доп<(>)0,
Дх(Ґ)-Ахдоп<(>)0,
A)0,
АЛ(Ґ)-АЛдоп<(>)0,
АН(t')- АНдоп < (>)0,

AV(t’) -1V(t') - Vmpe61, AO(t') = Ie(t') - втрсб , Ax(t') = Ix(t') ~ Хтреб [ 1
A где H - высота над поверхностью Земли. Для каждой фазовой координаты время t' может иметь одно или несколько конкретных значений, в том числе соответствовать концу траектории Т.
Здесь и в дальнейшем индекс "треб" соответствует требуемым значениям параметров.
В дальнейшем из ограничений на текущие значения фазовых координат будет учитываться только ограничение на высоту Н.
1.3.3 Наилучшее использование маневренных возможностей аэрокосмических аппаратов обеспечивают номинальные оптимальные программы управления, получаемые в результате решения задачи формирования управления движением как задачи оптимизации.
Сформулируем рассматриваемую задачу оптимизации.
Для известных характеристик аэрокосмического аппарата и его начального состояния (начальных значений фазовых координат) требуется сформировать для заданного критерия оптимальности номинальное оптимальное управление движением аэрокосмического аппарата по суборбитальной траектории для каналов угла атаки, скоростного угла крена и тяги с учетом ограничений на управление (1.1), режимы движения (1.2) и фазовые координаты (1.3), (1.4).