Моделирование сил и моментов сил набегающего потока атмосферы в целях верификации динамических режимов системы управления движением и навигации МКС и синтеза оптимального управления
Автор: Атрошенков Сергей Николаевич, Прутько Алексей Александрович, Крылов Андрей Николаевич, Крылов Николай Андреевич, Губарев Федор Васильевич
Журнал: Космическая техника и технологии @ktt-energia
Рубрика: Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов
Статья в выпуске: 4 (19), 2017 года.
Бесплатный доступ
Рассматриваются два метода моделирования сил и моментов сил от воздействия набегающего потока атмосферы на поверхность Международной космической станции (МКС) в процессе выполнения динамических режимов системы управления движением и навигации служебного модуля, которые разработаны РКК «Энергия». Эти методы, пригодные как для поиска оптимального управления движением МКС, так и для верификации динамических режимов системы управления движением и навигации служебного модуля, основаны на расчете аэродинамических характеристик в наборе точек четырехмерного (4D) пространства и последующей 4D-uнmepnoляцuu аэродинамических характеристик в ходе моделирования. Сравниваются результаты расчетов воздействия набегающего потока атмосферы во время моделирования оптимального по расходу топлива разворота (optimal propellant maneuvers) МКС на большой угол. Во время разворота геометрия МКС существенно меняется за счет поворотов крупногабаритных элементов МКС вокруг разнонаправленных осей. Предложенные методы планируется применить при подготовке космического эксперимента «МКС-Разворот». Они также могут быть пригодны при разработке алгоритмов управления системы управления движением и навигации будущих крупногабаритных космических объектов.
Аэродинамические характеристики, четырехмерное (4d) пространство, 4d-интерполяция, оптимальный разворот (optimal propellant maneuvers), методы вычисления аэродинамических характеристик
Короткий адрес: https://sciup.org/143164957
IDR: 143164957 | УДК: 533.6.011.8:004.94
Aerodynamic forces and torques simulation for the verification of International Space Station guidance, navigation and control system dynamic modes and for optimal control synthesis
The paper reviews two methods of simulating forces and torques produced by the flow of atmospheric air incident on the surface of the International Space Station (ISS) during execution of dynamic modes of the Guidance, Navigation and Control System of the Service Module, which were developed by RSC Energia. These methods suitable both for searching for the optimal ISS motion control, and for the verification of dynamic modes of the Service Module Guidance, Navigation and Control System, are based on the computation of aerodynamic properties within set of points in a 4D-space and subsequent 4D interpolation of aerodynamic properties during simulation. The paper compares the results of computations of exposure to incident air flow during simulations of the ISS optimal-propellant wide-angle turning maneuver. During a turning maneuver the ISS geometry changes significantly due to large-scale elements of the ISS rotating about axes pointing in various directions. There are plans to use the proposed methods during preparations for space experiment MKS-Razvorot. They can also be useful in developing control algorithms for the Guidance, Navigation and Control Systems of future large-scale space vehicles.
Список литературы Моделирование сил и моментов сил набегающего потока атмосферы в целях верификации динамических режимов системы управления движением и навигации МКС и синтеза оптимального управления
- Микрин Е.А. Перспективы развития отечественной пилотируемой космонавтики (к 110-летию со дня рождения С.П. Королёва)//Космическая техника и технологии. 2017. № 1(16). С. 5-11.
- ГОСТ 20058-80. Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения. М.: «Издательство стандартов», 1981.
- Микеладзе В.Г., Титов В.И. Основные геометрические и аэродинамические характеристики самолетов и ракет. Справочник. М.: Изд-во «Машиностроение», 1990. 149 с.
- ГОСТ Р 25645.166-2004. Атмосфера Земли верхняя. М.: ИПК «Издательство стандартов», 2004.
- Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. Пер. с английского. М.: «Мир», 1975. 543 с.
- Bedrossian N, Bhatt S., Kang W., Ross M. Zero-propellant maneuver guidance//IEEE Control Systems magazine. October 2009. V. 29. № 5. P. 53-73.
- Bhatt S., Bedrossian N., Nguyen L. Optimal propellant maneuver flight demonstrations on ISS//AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference 2013. 19-22 August 2013, Boston, Massachusetts, USA (AIAA 2013-5027). Режим доступа: http://dx.doi.o (дата обращения 06.09.2017 г.) DOI: rg/10.2514/62013-5027
- Bhatt S. Optimal reorientation of spacecraft using only control moment gyroscopes//Master’s Thesis, Rice University, Houston, TX, May 2007. P. 110. Режим доступа: http://www.caam.rice.edu/tech_reports/2007/TR07-08.pdf (дата обращения 06.09.2017 г.).
- Кашковский А.В., Ващенков П.В., Иванов М.С. Программная система для расчета аэродинамики космических аппаратов//Теплофизика и аэромеханика. 2008. Т. 15. № 1. С. 79-91.
- The Open Source Integration Platform for Numerical Simulation. Copyright © 2005-2017 OPEN CASCADE. Режим доступа: http://www.salome-platform.org/(дата обращения 06.09.2017 г.).
- Freedlender O.G., Nikiforov A.P. Modelling aerodynamic atmospheric effects on the space vehicle based on test data//Proceedings of 2nd Int. Symp. on Environment testing for space programmes, 1993. P. 307-312. Статья поступила в редакцию 23.08.2017 г.
