Динамика летательного аппарата с системой смещения центра масс
Автор: Михайлов Евгений Александрович, Федоров Виктор Борисович
Рубрика: Численные методы моделирования
Статья в выпуске: 1 т.22, 2022 года.
Бесплатный доступ
Для современных летательных аппаратов осесимметричной формы, в том числе спускаемых аппаратов, аэробаллистических систем важным условием штатной эксплуатации является отсутствие асимметрий различного рода при условии, что они не были введены умышленно в процессе проектирования и производства конструкции. Асимметрии, вызванные изменением формы наружной поверхности, приводят к изменению массово-инерционных характеристик аппарата, смещению центра масс, появлению центробежных моментов инерции, возникновению аэродинамических моментов. Все это может привести к отклонению траектории полета летательного аппарата от номинальной, к увеличению нагрузок, действующих на конструкцию, в связи с возрастанием угла атаки величин аэродинамических сил и перегрузок. Ко всему прочему асимметрии могут приводить к резонансным явлениям в процессе движения. В работе представлена математическая модель движения летательного аппарата в атмосфере, позволяющая учитывать смещение центра масс, динамическую несбалансированность и аэродинамическую асимметрию. Проведено исследование влияния смещения центра масс, влияния аэродинамических моментов, приводящих к аэродинамической асимметрии, на движение летательных аппаратов без стабилизации и со стабилизацией вращением. Предложен закон для смещения центра масс летательного аппарата с целью создания составляющих подъемной силы как для коррекции возмущений, вызванных асимметриями, так и для пространственного маневрирования, позволяющего плавно изменять угол атаки и устанавливать аппарат в положении равновесия. Путем численного моделирования движения летательного аппарата со стабилизацией вращения показана эффективность применения смещения центра масс для снижения составляющих ускорений, угловых скоростей вращения и угла атаки.
Осесимметричный летательный аппарат, смещение центра масс, уравнения движения, асимметрия, угол атаки, стабилизация вращением
Короткий адрес: https://sciup.org/147237469
IDR: 147237469
Список литературы Динамика летательного аппарата с системой смещения центра масс
- Kurkina, E.V. Acceptable range parameters of asymmetry of spacecraft descending in the Martian atmosphere / E.V. Kurkina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2020. -Vol. 868. - Number article 012036. DOI: 10.1088/1757-899X/868/1/012036.
- Lyubimov, V.V. Simulation of the dynamics of non-resonant motion in a controlled descent of an asymmetric spacecraft in the low-density atmosphere / V.V. Lyubimov, E.V. Kurkina // CEUR Workshop Proceedings. - 2016. - Vol. 1638. - P. 610-621. DOI: 10.18287/1613-0073-2016-1638-610-621.
- Lorenz, R.D. Attitude and angular rates of planetary probes during atmospheric descent: Implications for imaging / R.D. Lorenz // Planetary and Space Science. - 2010. - Vol. 10. - P. 838-846. DOI: 10.1016/j.pss.2010.01.003.
- Куркина, Е.В. Синтез приближенного оптимального управления углом ориентации межпланетного космического аппарата при уменьшении скорости в атмосфере Марса / Е.В. Куркина // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2018. - Т.20. - № 4. -С. 88-92.
- Lyubimov, V.V. Mathematical Simulation of Perturbations of Attack Angle of Asymmetric Nanosatellite Passing through Resonance / V.V. Lyubimov, E.V. Kurkina //International Conference on Information Technologiess in Business and Industry 2018. Journal of Physics: Conference Series. - 2018. - Vol. 1015. - № 032089. DOI: 10.1088/1742-6596/1015/3/032089.
- Lyubimov, V. Optimal Discrete Control Law for Rotation of a Descent Probe with a Small Iner-tial Asymmetry during the Descent in the Atmosphere of Mars / V. Lyubimov, E. Kurkina // Proceedings - 2019 21st International Conference Complex Systems: Control and Modeling Problems, CSCMP 2019. - 2019. - Vol. 2019 - September. - № 8976630 - P. 504-508. DOI: 10.1109/ CSCMP45713.2019.89 76630.
- Любимов, В.В. Эволюции во вращательном движении динамически асимметричных космических аппаратов в атмосфере / В.В. Любимов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2006. - Т. 8. - № 3. - С. 849-856.
- Ахмад Баракат Альахмад. Анализ динамики углового движения неуправляемого летательного аппарата методами качественной теории систем / Ахмад Баракат Альахмад // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». - 2006. - № 1. - С. 24-30.
- Kurkina, E.V. Estimation of the Probability of Capture into Resonance and Parametric Analysis in the Descent of an Asymmetric Spacecraft in an Atmosphere / E.V. Kurkina, V.V. Lyubimov // Journal of Applied and Industrial Mathematics. - 2018. - Vol. 125. - P. 492-500. DOI: 10.1134/ S1990478918030092.
- Куркина, Е.В. Анализ и синтез динамики спускаемых в атмосфере Марса космических аппаратов с малой асимметрией с учётом резонансных возмущений. [Текст]: дис. кандидата технических наук: 05.07.09 / Е.В. Куркина. - Самара: Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, 2020. - 139 с.
- Belokonov, V.M. Estimation of the Probability of Capture into a Resonance Mode of Motion for a Spacecraft during Its Descent in the Atmosphere / V.M. Belokonov, M.Yu. Zabolotnov // Cosmic Research. - 2002. - Vol. 40. - P. 467-478. DOI:10.1023/A:1020647017797.
- Любимов, В.В. Внешняя устойчивость резонанса и стабилизация вращения космического аппарата с малой инерциальной и аэродинамической асимметриями при спуске в атмосфере Венеры /В.В. Любимов, В.С. Лашин //Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2016. - Т. 18. - № 4(4). - С. 782-785.
- Любимов, В.В. Оценка вероятности захвата в резонанс при спуске твердого тела с изменяемой асимметрией в атмосфере Венеры / В.В. Любимов, В.С. Лашин // Достижения вузовской науки. - 2015. - № 18. - С. 82-86.
- Zabolotnov, Yu.M. Evaluation of Asymmetric Small Satellite with Electric Propulsion Perturbations when Passing through Resonance / Yu.M. Zabolotnov, V.V. Lyubimov, E.V. Kurkina //Procedia Engineering. - 2017. - Vol. 185. - P. 299-303. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.03.344.
- Lyubimov, V.V. Application of the dynamic programming method to obtain of the angular velocity control law of a spacecraft with a small geometric asymmetry in the atmosphere / V.V. Lyubimov, E.V. Kurkina // 12th International Scientific and Technical Conference on Applied Mechanics and Systems Dynamics. Journal of Physics: Conference Series. - 2019. - Vol. 1210. - № 012088. DOI: 10.1088/1742-6596/1210/1/012088.
- Lyubimov, V.V. Dynamics and control of angular acceleration of a re-entry spacecraft with a small asymmetry in the atmosphere in the presence of the secondary resonance effect / V.V. Lyubimov // 2015 International Siberian Conference on Control and Communications, SIBCON 2015 - Proceedings. - 2015. - № 7147134. DOI: 10.1109/SIBCON.2015.7147134.
- Любимов, В.В. Исследование прохода через резонанс космического аппарата c изменяемой массовой асимметрией при спуске с малыми углами атаки в атмосфере Марса /В.В. Любимов, Е.В. Куркина // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2015. -Т. 1. - № 6(3). - С. 734-740.
- Костров, А.В. Движение асимметричных баллистических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1984. - 272 с.
- Дмитриевский, А.А. Внешняя баллистика. - М. : Машиностроение, 1991. - 640 с.
- Ахмад Баракат Альахмад. Методика оценки устойчивости движения летательных аппаратов в условиях возникновения резонансных режимов. [Текст]: дис. кандидата технических наук: 05.07.09 / Ахмад Баракат Альахмад. - М. : Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, 2006. - 196 с.
