Аэродинамическая стабилизация с помощью тросовой системы движения космических аппаратов при спуске в атмосфере

• Автор: Еленев, Дмитрий Валерьевич
• Шифр специальности: 05.07.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 117 с. : ил.

1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ

1.1 Аэродинамическая стабилизация движения космических аппаратов

1.2 Схема исследований и решаемые задачи

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ СВЯЗКИ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ - АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТАБИЛИЗАТОР В АТМОСФЕРЕ

2.1 Динамические уравнения движения системы

2.2 Дифференциальные уравнения движения системы в атмосфере

2.3 Интегралы невозмущенного движения системы

3 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА УВЕЛИЧЕНИЯ ПЕРИОДОВ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ УСКОРЕНИЯ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ТРОСОВОЙ СИСТЕМЫ В АТМОСФЕРЕ

3.1 Теоретические основы метода увеличения периодов колебаний

3.2 Преобразованная система уравнений движения тросовой системы в атмосфере

3.3 Алгоритм выбора коэффициента увеличения периодов колебаний

3.4 Численные результаты применения метода увеличения периодов колебаний для расчета движения тросовых систем
4 УСТОЙЧИВОСТЬ СВЯЗКИ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ -АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТАБИЛИЗАТОР ПРИ ДВИЖЕНИИ В АТМОСФЕРЕ
4.1 Статическая устойчивость механической системы
4.2 Устойчивость движения системы в атмосфере с учетом гироскопических слагаемых
4.3 Оценка влияния на устойчивость движения системы демпфирующих моментов
4.4 Оценка влияния на устойчивость движения системы изменения длины
троса
5 ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ТРОСОВОЙ СИСТЕМЫ
5.1 Постановка задачи проектирования
5.2 Исследование влияния на собственные частоты параметров тросовой системы
5.3 Анализ влияния параметров тросовой системы на величину натяжения троса
5.4 Определение параметров тросовой системы исходя из заданных значений ее собственных частот
5.5 Анализ движения и выбор параметров тросовых систем для различных
форм космического аппарата и аэродинамического стабилизатора
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение А. Компоненты матриц
Приложение Б. Матрицы перехода между системами координат
Приложение В. Уравнения движения центра масс
Приложение Г. Аэродинамические характеристики конуса с
закруглением

Актуальность темы. Одним из основных и наиболее ответственных этапов космического полета является спуск с орбиты на поверхность планеты. Традиционно применяемые конструктивно-компоновочные схемы космических аппаратов (КА) не всегда могут обеспечить выполнение ограничений, накладываемых тактико-техническими требованиями на контролируемые характеристики пространственного движения КА в атмосфере. Стремление повысить эффективность решаемых при спуске задач путем введении новых аэродинамических схем КА обуславливает необходимость решения принципиально новых проектно-баллистических задач, связанных с обеспечением устойчивости движения в атмосфере. Одним из перспективных средств обеспечения устойчивого движения КА является использование связанных с ним с помощью специальных тросов аэродинамических стабилизаторов (АС). Систему «КА-трос-АС» будем называть тросовой системой (ТС).
ТС могут быть использованы для аэродинамической стабилизации движения КА на различных участках полета: на низких орбитах движения вокруг Земли или других планет, имеющих атмосферу; в верхних слоях атмосферы (на высотах 100-200 км) для предварительной стабилизации движения перед спуском; в плотных слоях атмосферы для обеспечения устойчивого движения перед приземлением. В настоящее время изучается возможность применения ТС для стабилизации движения аварийных спускаемых средств пилотируемых орбитальных комплексов, а также разгонных блоков ракет-носителей для уменьшения районов их возможного падения. Применение ТС позволяет снизить требования к аэродинамическим характеристикам КА и их отклонениям от номинальных значений, так как выбором параметров троса и АС можно обеспечить практически любой запас статической устойчивости системы.

Основные результаты третьей главы и выводы
1. Известный метод увеличения периодов колебаний адаптирован для задачи ускоренного расчета движения тросовой системы в атмосфере.
2. Определена форма преобразованной системы метода увеличения периодов колебаний, позволяющая с приемлемой точностью рассчитывать движение тросовой системы в атмосфере.
3. Предложен алгоритм выбора коэффициента увеличения периодов колебаний для систем со многими степенями свободы, позволяющий определить его величину без проведения предварительных численных экспериментов. Предлагаемый метод выбора коэффициента увеличения периодов колебаний можно назвать методом «эталонной» модели, так как он основан на сравнении оценок собственных частот колебаний для «эталонной» и рассматриваемой системы.
4. Показано, что выигрыш в трудоемкости вычислений зависит от исходных частот рассчитываемой системы дифференциальных уравнений и для тросовых систем тем больше, чем меньше общая масса механической системы. В численных примерах показано, что выигрыш может составлять 10 и более раз.