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载人飞船应急救生轨道的返回再入动力学与制导问题研究

作　者: 吴启星
导　师: 任萱
学　校: 中国人民解放军国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 载人飞船再入制导应急救生纵程拟合
分类号: V445
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

本文建立了飞船应急救生非设计轨道返回模式的三自由度和六自由度的数学模型，并建立了基于Simulink的计算机仿真模型，通过仿真验证了数学模型的合理性和计算机仿真模型的正确性。在这个基础上，本文对飞船再入标准轨道制导方法进行了研究，提出了一种利用制导参数偏差迭代求解反馈增益系数的方法，并通过大量仿真验证了此方法的可行性。这一方法的特点是从反馈增益系数对再入段纵程偏差修正的本质出发，利用实际弹道和标准弹道的偏差，通过调节升阻比增量，不断修正再入段纵程偏差，最终确定反馈增益系数；这一方法的优点是在求解反馈增益系数时，不必依赖先验知识选取初值，使反馈增益系数的确定更为简便。进一步，本文对飞船应急救生立即返回模式快速预报落点的方法进行了研究，推导出了在认为地球是圆球和不考虑地球旋转的条件下影响飞船再入段纵程的最直接的因素，构造了形式简洁的飞船再入段纵程拟合公式，根据工程经验选取合适的采样点对飞船的再入段纵程进行线性拟合，得到了相应的拟合系数，并将拟合计算结果与仿真计算结果进行了比较，从结果图上可以看到再入点的相对速度达到最大即7500m／s左右时，拟合误差达到最大约为12km，显然飞船再入段纵程的拟合精度是很高的。除此之外，本文还分析了采样的点的选取对线性拟合的影响，通过三种不同的采样方式得到相应的拟合结果，结果表明根据工程经验采用“全”而“准”的点作为拟合采样点非常有利于拟合的精度。最后，本文对进一步的工作提出了建议，认为可以考虑用四维以上的制导参数确定反馈增益系数以改善其制导性能，另外，可以进一步考虑地球旋转时影响飞船再入段纵程的因素，使得拟合结果更接近实际情况。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第一章绪论  8-12
  1.1 载人飞船应急救生简介  8-9
  1.2 载人飞船返回轨道设计  9-10
    1.2.1 前言  9
    1.2.2 载人飞船的返回过程  9
    1.2.3 载人飞船标准返回轨道设计  9-10
  1.3 载人飞船再入制导方法  10-11
  1.4 本文的工作  11-12
第二章飞船应急救生非设计轨道返回模式的三自由度轨道的建模与仿真  12-25
  2.1 数学模型的建立  12-21
    2.1.1 前言  12
    2.1.2 坐标系及其转换  12-15
    2.1.3 轨道仿真的动力学方程  15-21
  2.2 Simulink简介  21-22
    2.2.1 概述  21
    2.2.2 Simulink模型的基本结构  21-22
  2.3 仿真结果及分析  22-25
第三章飞船应急救生非设计轨道返回模式的六自由度轨道的建模与仿真  25-44
  3.1 飞船的返回再入过程  25-27
    3.1.1 返回再入过程的几个阶段  25-26
    3.1.2 返回再入过程的主要时序  26-27
  3.2 数学模型的建立  27-41
    3.2.1 坐标系及其转换  27-28
    3.2.2 轨道仿真的动力学方程  28-31
    3.2.3 姿态角要求值的计算  31-35
    3.2.4 控制系统数学模型  35-41
  3.3 仿真及结果分析  41-44
第四章确定飞船再入纵向制导律的方法研究  44-50
  4.1 引言  44-45
  4.2 再入制导方程  45-46
  4.3 设计方法的实现  46-48
    4.3.1 纵向制导规律的设计思路  46
    4.3.2 纵向制导规律的设计步骤  46-47
    4.3.3 计算迭代公式  47-48
  4.4 仿真实例  48-50
第五章飞船应急救生立即返回模式的快速预报落点的方法研究  50-70
  5.1 问题的提出  50
  5.2 再入段纵程拟合的理论推导  50-58
  5.3 均匀设计简介  58-59
  5.4 仿真算例  59-70
    5.4.1 仿真的数学模型  59-60
    5.4.2 计算拟合系数的步骤  60-62
    5.4.3 仿真结果及分析  62-70
第六章总结及进一步工作的建议  70-72
致谢  72-73
参考文献  73

载人飞船应急救生轨道的返回再入动力学与制导问题研究

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