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航天器受迫绕飞构型设计与控制

张冉 殷建丰 韩潮

张冉, 殷建丰, 韩潮等 . 航天器受迫绕飞构型设计与控制[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(10): 2030-2039. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0768
引用本文: 张冉, 殷建丰, 韩潮等 . 航天器受迫绕飞构型设计与控制[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(10): 2030-2039. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0768
ZHANG Ran, YIN Jianfeng, HAN Chaoet al. Spacecraft forced fly-around formation design and control[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(10): 2030-2039. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0768(in Chinese)
Citation: ZHANG Ran, YIN Jianfeng, HAN Chaoet al. Spacecraft forced fly-around formation design and control[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(10): 2030-2039. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0768(in Chinese)

航天器受迫绕飞构型设计与控制

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0768
详细信息
    作者简介:

    张冉  男, 博士研究生。主要研究方向:航天器编队飞行动力学与控制

    韩潮  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:航天器动力学与控制、航天器导航、制导与控制、航天系统动力学仿真等

    通讯作者:

    韩潮, E-mail: hanchao@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V412.4

Spacecraft forced fly-around formation design and control

More Information
  • 摘要:

    针对航天器在轨服务任务对绕飞技术的要求,研究了航天器受迫绕飞构型设计和控制问题。基于C-W(Clohessy-Wiltshire)方程的解析解,提出了双水滴拼接绕飞构型,并将单脉冲或双脉冲受迫绕飞延展至多脉冲绕飞构型设计;推导了伴随航天器初始状态变量与绕飞构型形状参数的关系,得到了4种构型的解析表达式和脉冲控制策略。通过数值仿真算例验证了设计的4种绕飞构型能够实现伴随航天器的慢速绕飞和快速绕飞,比较了不同绕飞构型的燃料消耗和绕飞距离误差。数值结果表明,双水滴拼接绕飞构型总脉冲最小。研究成果完善了航天器受迫绕飞构型设计与控制的相关理论,为工程应用提供参考。

     

  • 图 1  参考航天器LVLH坐标系

    Figure 1.  Reference spacecraft LVLH coordinate system

    图 2  自然绕飞构型示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of natural fly-around formation

    图 3  双椭圆拼接绕飞构型示意图

    Figure 3.  Schematic diagram of bi-elliptic joint fly-around formation

    图 4  水滴绕飞构型示意图

    Figure 4.  Schematic diagram of teardrop fly-around formation

    图 5  不同绕飞周期系数的水滴绕飞形状

    Figure 5.  Teardrop fly-around shapes with different fly-around period coefficients

    图 6  双水滴拼接绕飞构型示意图

    Figure 6.  Schematic diagram of bi-teardrop joint fly-around formation

    图 7  多脉冲绕飞构型示意图

    Figure 7.  Schematic diagram of multi-impulse fly-around formation

    图 8  受迫绕飞总脉冲随脉冲次数曲线

    Figure 8.  Curves of forced fly-around total impulse with numbers of impulse

    图 9  不同脉冲次数慢速绕飞构型形状示意图

    Figure 9.  Schematic diagram of slow fly-around formation shape with different numbers of impulse

    图 10  不同脉冲次数快速绕飞构型形状示意图

    Figure 10.  Schematic diagram of fast fly-around formation shape with different numbers of impulse

    图 11  不同慢速绕飞构型示意图

    Figure 11.  Schematic diagram of different slow fly-around formations

    图 12  不同快速绕飞构型示意图

    Figure 12.  Schematic diagram of different fast fly-around formations

    图 13  绕飞单位化脉冲随绕飞周期变化曲线

    Figure 13.  Curves of fly-around unitized impulse with different fly-around periods

    图 14  绕飞距离误差随绕飞周期变化曲线

    Figure 14.  Curves of fly-around distance errors with different fly-around periods

    表  1  慢速绕飞总脉冲比较

    Table  1.   Comparison of slow fly-around total impulse

    绕飞
    构型
    次数 方向 总脉冲大小/
    (m·s-1)
    单位化脉冲/
    (m·s-1·km-1)
    双椭圆
    拼接绕飞
    2 径向 2.03 0.893
    单水滴
    绕飞
    1 径向 1.275 0.891
    双水滴
    拼接绕飞
    2 迹向 0.622 0.366
    多脉冲
    绕飞
    3 混合 1.299 1.145
    下载: 导出CSV

    表  2  快速绕飞总脉冲比较

    Table  2.   Comparison of fast fly-around total impulse

    冲绕飞
    构型
    次数 方向 总脉冲大小/
    (m·s-1)
    单位化脉冲/
    (m·s-1·km-1)
    双椭圆
    拼接绕飞
    2 径向 2.895 3.019
    单水滴
    绕飞
    1 径向 5.79 2.997
    双水滴
    拼接绕飞
    2 迹向 2.841 2.00
    多脉冲绕飞
    3 混合 3.049 3.315
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-09-29
  • 录用日期:  2016-12-16
  • 刊出日期:  2017-10-20

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