Реферат: Спуск и посадка космических аппаратов на планете без атмосферы - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Спуск и посадка космических аппаратов на планете без атмосферы

Банк рефератов / Астрономия, авиация, космонавтика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 30 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

--------------------------¬ ---+ Управление движением СА +--¬ ¦ L-------------------------- ¦ ¦ ¦ -------------+-----------¬ -------------+-----------¬ ¦ Управлен ие движением ¦ ¦ Управление движением ¦ ¦относительно центра масс¦ ¦ цент ра масс ¦ L------------T------------ L------------T------------ ---------+------¬ ---------+--------¬ -------+-------¬ ------+------¬ ------+-----¬ ------+-----¬ ¦ Стабилизация ¦ ¦ Ориентация ¦ ¦ Навигация ¦ ¦ Наведение ¦ L--------------- L------------- L------------ L------------ рис .4. Основные задачи управления дв ижением СА ------------------------¬ ¦ Управление ¦ ¦ движением центра масс ¦ L-----------T------------ ------- -------+-------------¬ -------+-----¬ ------+-----¬ ¦ Наведение ¦ ¦ Навигация ¦ L------T------ L-----T------ -------------+------------¬ ¦ ------+-----¬ ------+-----¬ ------+-----¬ ¦ ¦Определени妦Определени妦Определение¦ ¦ ¦ алгоритма ¦¦управляющих¦¦ требуемой ¦ ¦ ¦управления ¦¦воздействи馦траектории ¦ ¦ L------------L----------- -L------------ ¦ ---------------T---------------T---------+ ------+-----¬ --------+-------¬ -------+------¬ ¦ ¦Определени妦Прогноз кинема-¦¦Расчет откло-¦ ¦ ¦положения 覦тических пара - ¦¦нения о т за - ¦ ¦ ¦скоро сти СА¦¦метров движения¦¦данной орбиты¦ ¦ L------------L----------------L-------------- ¦ --------------------T---------------+ -----------+---------¬ ---------+--------¬ ------+-----¬ ¦Опр . текущих коор - ¦¦Расчет и изм е ре - ¦¦Определение¦ ¦динат проекции КА нদние навигацион ных¦¦фактической¦ ¦поверхность планеты ¦¦элементов полета ¦¦ орбиты ¦ L---------------------L------------------L------------ рис .5. Основные задачи управления центр ом масс СА ------------------------¬ ¦ Управление ¦ ¦ движением центра масс ¦ L-----------T------------ ---------- ----+-------------¬ -------+-----¬ ------+-----¬ ¦ Наведение ¦ ¦ Навигация ¦ L------T------ L-----T------ -------------+------------¬ ¦ ------+-----¬ ------+-----¬ ------+-----¬ ¦ ¦Определени妦Определени妦Определение¦ ¦ ¦ алгоритма ¦¦управляющих¦¦ требуемой ¦ ¦ ¦управления ¦¦воздействи馦траектории ¦ ¦ L------------L----- -------L------------ ¦ ---------------T---------------T---------+ ------+-----¬ --------+-------¬ -------+------¬ ¦ ¦Определени妦Прогноз кинема-¦¦Расчет откло-¦ ¦ ¦положения 覦тических пара - ¦¦нения от за - ¦ ¦ ¦скорости СА¦¦метров движения¦¦данно й орбиты¦ ¦ L------------L----------------L-------------- ¦ --------------------T---------------+ -----------+---------¬ ---------+--------¬ ------+-----¬ ¦Опр . текущих коор - ¦¦Расчет и измере - ¦¦Определение¦ ¦динат проекции КА нদние навигацион ных¦¦фактической¦ ¦поверхность планеты ¦¦элементов полета ¦¦ орбиты ¦ L---------------------L------------------L------------ рис .5. Основные задачи управл ения центром масс СА ------------------¬ ----------_-----------------------¬----¬ ---_¦ система ¦ ----------_¦ спускаемый ¦ ---¬¦ ¦ --_¦ стабилизации ¦ ------_¦ аппарат ¦--¬¦¦ ¦¦ L------------------ ¦ L------------------------¬¦¦¦ ¦¦ --------------------¬ ¦ -----------------------¬ ¦¦¦¦ ¦¦ ¦ система ¦ --- -----¦ радиодально мер ¦ _-¦¦¦ ¦¦ -_¦ управления тягой ¦ ¦ L----------------------- ¦¦¦ ¦¦¦ L----- --------------- ¦ -----------------------¬ ¦¦¦ ¦¦¦ -------------------¬ ¦ ---¦ доплеровский лока тор ¦ _--¦¦ ¦¦ L-¦ управляющее ¦ _----- ¦ L----------------------- ¦¦ ¦ L--¦ устройство ¦ _------- -----------------------¬ ¦ ¦ L---¦ ¦ _---------¦ инерциальные датчики ¦ _---¦ L-------------------_---------L-----------------------_---- рис .6. Структурная схема системы управле ния мягкой посадкой СА -----------------------¬ ------------------ -----¬ ¦Топливо (рабочее тело )+--¬ ¦Корпус (к онструкция ) +--¬ L----------------------- ¦ L----------------------- ¦ -----------------------¬ ¦ -----------------------¬ ¦ ¦Сжатые газы ¦ ¦ ¦Двигательная установка¦ ¦ L----------- ------------ ¦ ¦корректировки траекто -+--+ -----------------------¬ ¦ ¦рии , маневра ¦ ¦ ¦Расходуемые материалы ¦ ¦ L----------------------- ¦ ¦сист . электроснабжения +--+-----------------------------+ L----------------------- ¦ -- ---------------------¬ ¦ -----------------------¬ ¦ ¦Система управления ¦ ¦ ¦Расходуемые запасы ¦ ¦ ¦ (системы наведения и +--+ ¦системы обеспечения +--- ¦ стабилизации ) ¦ ¦ ¦жизнедеятельности ¦ L----------------------- ¦ L----------------------- -----------------------¬ ¦ -----------------------¬ ¦Система навигации +--+ ¦Командная радиолиния +--¬ L----------------------- ¦ ---¬ L----------------------- ¦ -------- ---------------¬ ¦ ¦ ¦ -----------------------¬ ¦ ¦Сист . электроснабжения +--+ ¦ ¦ ¦Телеметрическая сист . +--+ L----------------------- ¦ ¦ ¦ L----------------------- ¦ -----------------------¬ ¦ ¦ ¦ -----------------------¬ +---+Рад иоэлектронное ¦ ¦ ¦ ¦ ¦Бортовая аппаратура +--- ¦оборудование +--+--+ ¦ ¦траекторных измерений ¦ L----------------------- ¦ ¦ ¦ L----------------------- -----------------------¬ ¦ ¦ ¦ ¦Система терморегули - +--+ ¦ ¦ ¦рования ¦ ¦ ¦ ¦ L----------------------- ¦ ¦ ¦ -----------------------¬ ¦ L--- ¦БЦВМ или програмное +--+ ¦устройство ¦ ¦ L----------------------- ¦ -----------------------¬ ¦ -----------------------¬ ¦Аппаратура для научных +--+ ¦Тормозная двигательная¦ ¦исследований ¦ ¦ ¦установка +--¬ L----------------------- ¦ L----------------------- ¦ -----------------------¬ ¦ +---+Спускаемый аппарат +--+ ------- ----------------¬ ¦ L----------------------- ¦ ¦Система снижения и +--- -----------------------¬ ¦ ¦спасения ¦ ¦Система обеспечения +--+ L----------------------- ¦жизнедеятельности ¦ ¦ L----------------------- ¦ -----------------------¬ ¦ ¦Система аварийного +--- ¦спасения ¦ L----------------------- рис .7. Примерный состав (компановка ) СА МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им.БАУМАНА АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ РЕФЕРАТ СПУСК И ПОСАДКА КОСМИЧЕСКИХ АППАРА ТОВ (КА ) НА ПЛАНЕТЫ БЕЗ АТМОСФЕРЫ Научный руководитель : Никитенко В.И. Студент группы АК 4-21: Файнштейн И.А. Москва 1994 Изучение Солнечной системы с помощь ю космических аппаратов вносит большой вклад в развитие естественных наук. Большое внимание к Солнцу определяет ся вечно живущим в челов еке желанием понять , как устроен мир , в котором он жи- вет . Но если раньше человек мог только наблюдать движение небесных тел и изучать на рассто янии некоторые (зачастую малопонятные ) их свойства , то сейчас научно-техническая ре- волюция дала возможность достичь ряда небесных тел Солнеч- ной Системы и провести наблюдения и даже активные экспери- менты с близкого расстояния в их атмосферах и на поверхнос- тях . Эта возможность детального изучен ия "на месте " изм еня- ет саму методологию изучения небесных тел , которая уже сей- час широко использует арсенал средств и подходов , применяе- мых в комплексе наук о Земле . На стыке планетной астрофизи- ки и геологии идет формирование н овой ветви нау чного знания - сравнительной планетологии . Параллельно на базе законов электродинамики , атомной физики и физи ки плазмы идет форми- рование другого подхода к изучению Солнечной системы - кос- мической физики . Все это требует р азвит ия методов и средств космических исследований , т.е . разработки , проектирования, изготовления и запуска космических ап паратов. Главное требование , предъявляемое к КА ,- это его на- - 2 - дежн ость . Основными задачами спуск аемых и посадочных (ПА ) аппаратов являются торможение и сбли жение с поверхностью планеты , посадка , работа на поверхност и , иногда взлет с по- верхности для доставки возвращаемого аппарата на землю . Для обеспечения надежного решения все х этих задач при проекти- ровании СА и ПА необходимо учитыв ать условия в окрестностях и на поверхности изучаемого тела : ускорение свободного па- дения , наличие или отсутствие атмосфер ы , а также ее с войс- тва , характеристики рельефа и материал а поверхности и т.д. Все эти параметры предъявляют опреде ленные требования к конструкции спускаемого аппарата. Спуск является очень важным этапом космического полета, так ка к только успешное его выполнение позволит решить пос- тавленные задачи . При разработке СА и ПА принимаются две принципиально различные схемы спуска : с использованием аэродинамического торм ожения (для планет , имеющих атмо сферу ); с использованием тормозного ракетного двигателя (для планет и других небесных тел , не имеющих атмосферы ). Участок прохождения плотных слоев а тмосферы является решающим , так как именно здесь СА испытывают наибо лее ин- тенсивные воздействия , определяющие основ ные технические решения и основные требования к в ыбору всей схемы полета. Отметим наиболее трудоемкие и сложны е задачи , решае- - 3 - мые при проектировании СА : исследование проблем баллистического и планирующего спусков в атмосфере ; исследование динамики и устойчивости движения при раз- личных режимах полета с учетом не линейности аэродинамичес- ки х характеристик ; разработка систем торможения с учет ом задач научных измерений в определенных слоях атмосф еры , особенностей ком- поновки спускаемого аппарата , его пар аметров движения и траектории. Что касаетс я спуска на план еты , лишенные атмосферы (классическим примером здесь является Луна ), то в этом слу- чае единственной возможностью является использование тор- мозного двигателя , чаще всего жидкост ного (ЖРД ). Эта осо- бенность порождает дополнительные (к роме чисто баллистичес- ких ) проблемы , связанные с управлением и стабилизацией СА на так называемых активных участках - участках работы ра- кетного двигателя. Рассмотрим более подробно некоторые из этих проблем. Корни проблемы устойчивости СА на активном участке лежат в существовании обратной связи между ко лебаниями топлива в баках , корпуса СА и колебаниями и сполнительных органов системы стабилизации. К олебания свободной поверхности топлива , воздействуя - 4 - на корпус СА , вызывают его поворо т относительно центра масс , что воспринимается чувствительным элементом системы стабилизации , который , в свою оче редь , вырабатывает команд- ный сигнал для исполнительных органов. Задача заключается в том , чтобы колебания замкнутой системы объект - система стабилизации сделать устойчивыми (если нельзя их исключить вовсе ). З а метим , что острота этой проблемы зависит от совершенства комп оновочной схемы СА , а также от структуры и параметров а втомата стабилизации (АС ). Желательно , конечно , этот комплекс во просов решить уже на стадии эскизного проектир овани я СА . Трудность здесь , од- нако , в том , что на этом этапе практически нет информации о системе стабилизации объекта , в лучше м случае известна структура автомата стабилизации . Поэтому проводить анализ устойчивости СА на д анном эта пе невозможно. В то же время ясно , что полно стью сформированный конс- труктивный облик СА целиком (или , во всяком случае , в зна- чительной мере ) определяет его динамик у - реакцию на возму- щение в процессе посадки . Сл ед овательно , задача теоретичес- кого анализа заключается в выборе математического аппарата, способного выявить эту зависимость на языке , понятном раз- работчику . Такой аппарат существует , и он опирается на из- вестные термины "упр авляемость ", "на блюдаемость ", "стабили- зируемость ", характеризующие именно свойст ва СА как объекта - 5 - управления в процессе регулирования. Этот аппарат дает возможность деталь но изучить зависи- мость "качества " конструктивно-компоновочной схемы СА от его проектных параметров и в коне чном счете дать необходи- мые рекомендации по доработке компоно вки объекта либо обос- новать направление дальнейших доработок. Обычно для стабилизации СА кро ме изменения компоновки объекта используют также демпферы кол ебаний топлива , наст- ройку системы стабилизации и изменени е ее структуры. Итак , применительно к рассматриваемой задаче на этапе эски зного проектирования инженеру приходится решать целый комплекс задач по качественному анал изу проблемы устойчи- вости в условиях относительной неопре деленности в отношении целого ряда параметров . Поскольку реко мендации разработчика должны быть вполне определенными,т о единственный выход - работать с математической моделью СА в режиме диалога "ин- женер - ЭВМ ". Рассмотрим другой круг задач проект ирования - моделиро- вание процессов ударного взаимод е йствия посадочного аппара- та с поверхностью планеты. Многие достижения отечественной и за рубежной космонав- тики были связаны с применением п осадочных аппаратов (ПА ) для непосредственного , контактного , исслед ования Луны и планет Солнечной системы . Использование ПА потребовало раз- - 6 - работки новых теоретических и экспер иментальных методов исследований , так как этап посадки , характеризуемый значи- тельными (по сравнению с другими этапами ) действующими наг- рузками , аппаратурными перегрузками и возможностью опроки- дывания аппарата,является критическим для всей экспедиции. такие характеристики процесса посадки объясняются большой энергией , накопленной ПА к момен ту посадки , и совокупностью многих неблагоприятных случайных действу ющих факторов : рельефом и физико-механическими характери стиками места по- садки , начальными характеристиками и о риентацией СА , упру- гостью его конструкции и др. Очевидно , что в таких условиях по лная оценка надежнос- ти всего этапа посадки возможна л ишь при глубоком и всесто- роннем аналитическом исследовании характе ристик ПА , завися- щем от наличия математических м оделей процесса и расчетных (или расчетно-экспериментальных ) методов ор ганизации расче- тов. С точки зрения численного решения задача посадки , при учете всех сторон процесса , характериз уется большим потреб- ным машинным временем расчета для одной посадочной ситуа- ции (до 10 с при быстродействии ЭВМ примерно 10 операций в 1 с ), большим количеством возможных поса дочных ситуаций , ог- раничениями на шаг интегрирования ур авнений движени я СА (резкое изменение величин действующих усилий может вызвать - 7 - вычислительную неустойчивость алгоритма ). При параметричес- ком исследовании характеристик СА , в ряде случаев проводи- мом а втоматизированно , возможно п оявление так называемых "окон неустойчивости ", где расчет динам ики аппарата нецеле- сообразен и где используется диалогов ый режим работы ЭВМ для исключения из рассмотрения ряда посадочных ситуаций. При многих инженерных расчетах , став ящих целью выбор оптимального ПА , а также при качес твенной оценке его харак- теристик , наиболее разумно использовать упрощенные матема- тические модели процесса (например , мо дель посадки на ров- ную абсолютно жесткую площадку ). Потре бное машинное время при этом невелико (до десятка мин ут ) и может быть еще уменьшено за счет применения оптималь ных методов и шагов интегрирования уравнений движения ПА. При проектировании ПА многократн о возникает необходи- мость оценки влияния незначительных к онструктивных измене- ний на характеристики процесса или оперативной обработки результатов испытаний в найденных зар анее расчетных случа- ях (критических ситуациях ) посадки. При проведении таких расчетных рабо т , доля которых в общем объеме велика , наиболее выгодно использовать ПЭВМ, обладающие такими (по сравнению с ЭВМ ) преимуществами , как доступно сть и оперативность . Приме нение ЭВМ в таких случаях нерентабельно , так как в силу их большого быстродействия, - 8 - значительная часть дорогостоящего машинно го времени расхо- дуется уже не на расчет , а на подготовительные операции при вводе-выводе информации или изменении начальных условий процесса . Применение ПЭВМ выгодно такж е при отладке сложных программ контактной динамики , предназначе нных для серийных расчетов на боль ших ЭВМ . Врем я отладки таких программ , в силу их объема и структуры , зачаст ую превышает время их на- писания , а оперативная и постоянная отладка программ на ЭВМ в диалоговом режиме работы нежелатель на из-за большого вре- мени их к омпиляции и неэконом ичного режима работы ЭВМ. Так как в настоящее время не происходит значительного усложнения структуры моделей процесса посадки , то одновре- менное увеличение быстродействия ПЭВМ вызывает широкое внедре ние последних в расчетную инженерную практику. ТИПИЧНЫЕ СХЕМЫ СПУСКА. Посадка космических аппаратов на пов ерхность безатмос- ферной планеты (например,Луны ) обычно п роизводится по схеме полета , предусматривающей предварительн ый перевод КА на планетоцентрическую орбиту ожидания (окол олунную орбиту ). Перспективность и преимущество такой схемы посадки опреде- ляются следующими обстоятельствами : свобо да в выборе места посадки ; возможно сть проверки сист емы управления непосредс- - 9 - твенно перед спуском ; возможность уме ньшения массы СА , так как часть массы можно оставить на орбите ожидания (напри- мер , топливо или прочный термозащи тный отсек для посадки на Землю при возвращении ). После проведения на промежуточной о рбите необходимых операций подготовки к спуску включае тся тормозной двига- тель , и спускаемый аппарат переводится с орбиты ожидания на переходную орбиту - эллипс траекто рии спуска (рис .1) с пе- рицентром вблизи предполагаемого места посадки . В опреде- ленной точке переходной орбиты вновь включается двигатель и начинается участок основного торможения,н а котором реш ается задача эффективного гашения горизонтальн ой составляющей вектора скорости СА. Управление на этом участке производ ится по программе, обеспечивающей заданные значения координа т в конце участка при минимальном рас ходе топлива ; информация при этом посту- пает с инерциальных датчиков. Заданные конечные значения координат определяют вид но- минальной траектории спуска на послед ующем участке конечно- го спуска ("прецизионном " участке ); с пуск может осущест- вляться по вертикальной или наклонной траектории. Типичные траектории полета на основ ном участке основ- ного торможения представлены на рис .2. Кривая 1 заканчива- ется наклонной траекторией конечного сп уска , кривая 2 - - 10 - вертикальной траекторией.Стрелками показаны направления вектора тяги ракетного двигателя , сов падающие с продольной осью СА . На рис .3 представлена (в увеличенном масштабе ) наклонная траектория полета на участ ке (А,О ) конечного спуска. На участке конечного спуска , измерен ие фазовых коорди- нат объекта производится радиолокационным дальномером и из- мерителем скорости (доплеровским лока тором ). К началу этого участка могут нак опиться значительные отклонения (от программных значений ) к оординат , характери- зующих процесс спуска . Причиной этого являются случайные погрешности определения параметров орбиты ож идания , погреш- ность отработки тормозного импульса , н едостоверность сведе- ний о гравитационном поле планеты , закладываемых в расчет траектории спуска. Кроме того , полет на всех участк ах подвержен действию случайных в озмущений - неопределенност и величины массы СА, отклонения от номинала тяги тормозног о двигателя и т.д . Все это в сочетании с неточностью апр иорного знания рельефа по- верхности в районе посадки , делает необходимым терминальное упр авление мягкой посадкой . В качестве исходной информации используются результаты измерения высоты и скорости сниже- ния . Система управления мягкой посадко й должна обеспечить заданную точность посадки при минимал ьных затратах топлива. - 11 - На завершающем участке спуска (см . рис .3) - "верньер- ном " участке (В,О ) происходит обычно вертикальный полет СА с глубоким дросселированием тяги тор мозного двигателя. Верньерный у часток вводится для того , чтобы повысить конеч- ную точность посадки , так как влия ние погрешностей опреде- ления параметров траектории на точнос ть посадки СА снижает- ся при уменьшении величины отрицатель ного ускорения . Кроме того , если тяга непосредственно перед посадкой мала , то уменьшается возможность выброса породы под действием газо- вой струи и уменьшается опрокидывающе е воздейсвие на СА от- раженной от поверхности планеты реакт ивной струи. ЗАДАЧИ , РЕШАЕМЫЕ СИСТЕМОЙ УПРАВЛ ЕНИЯ ПОЛЕТОМ СА. Таким образом , основное назначение с истемы управления полетом СА - компенсация возмущений , во зникающих в полете или являющихся результатом неточности выведения СА на орби- т у ожидания . СА стартует обычн о с орбиты ожидания , поэтому задачи управления естественно разделить на следующие груп- пы : 1.управление на участке предварительного торможения ; 2.управление на пассивном участке ; 3.упра вление на участке основного торможения ; - 12 - 4.управление на "верньерном " участке ; Более удобна классификация задач по функциональному назначению (рис .4). Основной навигационной з адачей я вляется (рис .5) изме- рение навигационных параметров и опре деление по ним текущих кинематических параметров движения (коорд инат и скорости ), характеризующих возмущенную траекторию (о рбиту ) движения СА. В задачу наведе ния входит оп ределение потребных управ- ляющих воздействий , которые обеспечивают приведение СА в заданную точку пространсва с заданной скоростью и в требуе- мый момент времени , с учетом текущ их кинематическихпарамет- ров движения , определенных с пом ощью решения навигационной задачи , заданных ограничений и характе ристик объекта управ- ления. Задачу управления можно проиллюстрирова ть примером - алгоритмом управления мягкой посадкой СА на Луну . Структу р- ная схема соответствующей системы уп равления представлена на рис .6 Радиодальномер измеряет расстояние r до лунной поверх- ностивдоль определенного направления , обы чно совпадающего с направлением продольной оси СА . Доплеровский локатор дает информацию о текущем векторе скорости снижения V, инерци- альные датчики измеряют вектор Q углов ого положения СА , а - 13 - также вектор кажущегося ускорения V. Рез ультаты измерений поступают на выход управляющего устройства , в котором составляются оце нки координат , харак- теризующих процесс спуска (в частност и , высоты СА над по- верхностью Луны ), и формируются на их основе управляющие сигналы U , U , U , обеспечивающие терминальное управление мягкой посадкой (O - связанная система ко ординат СА ). При этом U , U задают ориентацию продольной о си СА (и , следова- тельно , тяги двигателя ) и используюся как уставки для рабо- ты системы стабилизации , а управляющий сигнал U задает те- кущее значение тяги тормозного двигат еля. В результате обработки сигналов U , U , U , тормозным двигателем и системой стабилизации по лет СА корректируется та ким образом , чтобы обеспечить выполнение заданных терми- нальных условий мягкой посадки . Конеч ная точность поссадки считается удовлетворительной , если величи на вертикальной составляющей скорости в момент контак та с поверхностью пла- неты не вызывает допустимой деформац ии конструкции СА , а горизонтальная составляющая скорости не приводит к опроки- дыванию аппарата. Задачи ориентации и стабилизации как задачи управления СА относительно центра мас с ф ормулируется следующим обра- зом : 1.совмещение осей спускаемого аппарата (или одной оси ) с - 14 - осями (или осью ) некоторой системы координат , называемой базовой системой отсчета , движен и е которой в пространстве известно (задача ориентации ); 2.устранение неизбежно возникающих в полете малых угло- вых отклонений осей космического аппа рата от соответствую- щих осей базовой системы отсчета ( задача стабилизации ). Заметим , что весь полет СА разбив ается , по существу, на два участка : активный (при рабо те маршевого двигателя ); пассивный (при действии на СА толь ко сил гравитационного характера ). Решения перечисленных задач (нав игации и наведения, ориентации и стабилизации ) на активных и пассивных участках имеют свою специфику. Например , процесс управления полетом на пассивных участках характеризуется , как правило , относительной мед- ленностью и большой дискретность ю приложения управляющих воздействий. Совершенно иным является процесс упр авления полетом на активном участке , например , при посадк е на Луну . Непрерыв- но , начиная с момента включения т ормозного двигателя,на борту решается навигационная задача : определяются текущие координаты СА и прогнозируются кинем атические параметры движения на момент выключения двигате ля. Так же непрерывно вычисляются и реализуютс я необходи- - 15 - мые управляющие воздействия (момент си лы ) в продольной и поперечной плоскости наведения . Процесс управления на этом этапе характеризуется большой динамичност ью и,как правило, непрерывностью . В некоторых случаях з адача наведения может решаться дискретно,причем интервал кванто вания по времени определяется требованиями к динамике и точности наведения. Для решения перечисленных задач сист ема управлен ия по- летом СА последовательно (или параллел ьно ) работает в режи- мах ориентации , стабилизации , навигации и наведения. Приборы и устройства , обеспечивающие выполнение того или иного режима управления и составляющи е часть всего аппара- турного комплекса системы управления , обычно называют сис- темами навигакции , наведения , ориентации и стабилизации. Наиболее часто на практике системы , управляющие движе- нием центра масс космического корабля , н азывают системами навигации и наведения , а системы , управляющие движением космического корабля относительно центра масс ,- системами ориентации и стабилизации. КОМПОНОВОЧНАЯ СХЕМА И УСТОЙЧИВОСТЬ СА. Устой чивость - важнейшее свойство , которым должен об- ладать СА во время всех эволюций при посадке на планету. Проблема обеспечения устойчивости , как известно , общая - 16 - проблема для всех движущихся о бъектов , в каждом конкретном случае решаемая , однако , по-разному . И в данном случае, применительно к СА , она также имее т свою специфику. Дело в том , что жидкое топливо , питающее ракетный дви- гатель во время его работы , ко леблется (в силу наличия слу- чайных возмущений ). Воздействуя на кор пус СА , эти колебания порождают колебания СА в целом. Чувствительные элементы (гироскопы ) реаги руют на коле- бания корпуса и включают , в свою очередь соотве тствующие исполнительные органы (рули ), тем самым формируя замкнутую колебательную систему спускаемый аппарат - автомат стабили- зации (СА - АС ). При определенных условиях , в значите льной степени за- висящих от " соверше нства " компонов ки СА , могут возникнуть нарастающие колебания корпуса СА , при водящие в конечном счете к его разрушению. Характерным здесь является то , что корни неустойчивос- ти лежат именно в особенностях ко мпоновочной сх емы СА , что влечет за собой необходимость самого тщательного исследова- ния этих особенностей (рис .7). Использование жидкостного ракетного дви гателя для обеспечения мягкой посадки СА порожд ает , как видно , ряд пр облем , связанных с обеспечением его устойчивости. Займемся одной из них , а именно - исследованием роли - 17 - конструктивных параметров компоновочной с хемы СА в формиро- вании динамических свойств СА к ак управляемой системы. Управление СА относительно центра м асс в плоскостях тангажа и рыскания осуществляется сп ециальным автоматом стабилизации путем создания управляющих моментов при целе- направленном включении управляющих двигателей . Возможны и другие схемы управления , например , пут ем перераспределения тяг управляющих двигателей или отклон ения маршевого двига- теля (газового руля ). Что касается топливных баков , то они обычно выпол няют- ся в виде тонкостенных оболочек р азличной геометрической конфигурации (обычно осесимметричной ) и размещены внутри СА. Какими параметрами желательно характери зовать ту или иную компоновочную схему с тем , чт о бы формализовать даль- нейший анализ ? С точки зрения дина мики представляют инте- рес те , которые в первую очередь характеризуют : форму и расположение топливных баков ; положение центра масс СА ; по- ложение и тип управляющих орг анов ; соотношение плотностей компонентов топлива ; "удлинение " (т.е . от ношение высоты к диаметру ) СА. Будем предполагать , что траектория п осадки СА выбрана (и является оптимальной в том или ином смысле ). Есть также ( или формируется в процессе поле та ) программа работы марше- - 18 - вого двигателя . Все это однозначно определяет упомянутые выше параметры компоновочной схемы СА в каждый момент вре- мени активного уча стка. Этих предположений достаточно для ф ормализации обсуж- даемой проблемы - исследования влияния особенностей компо- новки СА на его устойчивость. Однако задача стабилизации СА при посадке на планеты, лишенные а тмосферы , включающая в себя анализ динамики объ- екта , исследование причины неустойчивости и методов ее устранения , не допускает полной формал изации и требует прив- лечения диалоговой технологии исследовани я. Для построен ия такой технологии необходимо начать с анализа основных факторов , определяющих в конечном счете структуру диалога "человек - ЭВМ ", а именно : особенностей СА как механической системы ; особеннос тей его математичес- ких моделей ; своеобразия методов исследования этих моделей. Спускаемый аппарат как механическая система представ- ляет собой тонкостенную (частично фер менную ) конструкцию, снабженную тормозным устройством - жидкост ным ракетным дви- гат елем - и необходимой системой стабилизации. Важной особенностью компоновочной схемы СА является наличие в конструкции топливных отсек ов (с горючим и окис- лителем ) различной геометрической конфигу рации. Стабилизация СА относительно центр а масс осуществляет- - 19 - ся специальным автоматом стабилизации путем создания управ- ляющих моментов за счет отклонения управляющих двигателей, маршевого двигателя или газовых рулей. В процессе движения СА жидкость в отсеках колеблется, корпус аппарата испытывает упругие де формации , все это по- рождает колебания объекта в целом. Чувствительные элементы (гироскопы ) и исполнительные элементы (рули ) замыкают колебател ьную систему спускаемый аппарат - автомат стабилизации и рожда ют весь комплекс воп- росов , связанный с обеспечением устой чивости системы в це- лом. Движение СА мы представляем себе как "возмущенн ое " движение , наложенное на программную тр аекторию . Термин "ус- тойчивость " относится именно к этому возмущенному движению. Уместно заметить , что выбор модели представляет собой хороший пример неформализуемой процедуры : без участия разработчика он в принципе невозможен. Какими соображениями руководствуется ин женер при выбо- ре моделей ? Прежде всего ясно , что не имеет смысла перегружать расчетную модель различными подробностями , д елая ее неоп- равданно сложной . Поэтому представляются разумными следую- щие соображения. Для анализа запасов статистической у стойчивости объек- - 20 - та можно ограничиться моделью твердог о жесткого тела. При выборе же характеристик устройст в , ограничивающих подвижность жидкости в отсеках , необх одимо уже учитывать волновые движения на свободной поверх ности жидкости как ис- точник возмущающих моментов. Выбор рационального размещения д атчиков системы стаби- лизации объекта приходится делать с учетом упругости. Некоторые методы , используемые при а нализе процессов стабилизации , связаны с анализом динам ических свойств объ- екта в некоторый фиксированный момент времени . Для получе- ния интегральных характеристик объекта в течение небольшого интервала времени или на всем исс ледуемом участке использу- ются геометрические методы , связанные с построением в пространстве областей устойчивости , стаби лизируемости спе- циальным образом выбранных параметров (как безразмерных, так и размерных ). Эти методы также позволяют длать ответ на вопрос , насколько велик запас устойчив ости или ст абилизиру- емости , и помогают выяснить причины возникновения неустой- чивости. Существует еще группа методов обеспе чения устойчивости СА , включающая в себя : 1) рациональный выбор структуры и пара метров автомата стабилизации ; 2) демпфирование колебаний жидкости в отсеках с по- - 21 - мощью установки специальных устройств ; 3) рациональный выбор компоновочной схемы объекта (пе- рекомпоновка ), с одновременной нас тройкой параметров АС или с принципиальным изменением его струк туры. Обратимся теперь собственно к термин у "технология ре- шения " проблемы . Под этим термином мы будем понимать набор комплексов отдельных по дзадач , на которые разбивается об- суждаемоая задача , математических методов и соответствующих технических средств для их реализации , процедур , регламен- тирующих порядок использования этих с редств и обеспечивающих решение задачи в целом. Конечной целью проектных разработок по динамике СА яв- ляется обеспечение его устойчивости на участке посадки. Этой задаче подчинены все другие , в том числе и задача ана- лиза структурных свойств СА как о бъекта р егулирования (по управляемости , наблюдаемости , стабилизируемост и ). Так как устойчивость - это то , что в конечном счете интересует разработчиков (и заказчиков ), то с этой задачи (в плане предварительной оценки ) прихо дится начинать в про- цессе исследования , ею же приходится и завершать все разра- ботки при окончательной доводке парам етров системы стабили- зации . При этом меняется лишь глуб ина проработки этого воп- роса : на первом этапе используются с равнительно грубые мо- дели как объекта регулирования , так и регулятора . На конеч- - 22 - ном этапе , после того как проведен комплекс исследований, проводится детальный анализ устойчивости и качества п роцес- сов регулирования объекта. Итак , следует руководствоваться следующи м принципом : занимаясь анализом динамики объекта , начав с оценки устой- чивости , время от времени надо воз вращаться к ней , проверяя все идеи и р екомендации , получ енные в процессе анализа на замкнутой системе объект - регулятор , и спользуя (по обста- новке ) грубые или уточненные модели как объекта , так и ре- гулятора. Этот принцип и лежит в основе комплекса процедур, рег- ламентирующих порядок использования моде лей СА , методов анализа этих моделей , обеспечивающих решение задачи устой- чивости СА в целом. ЛИТЕРАТУРА 1. "Проектирование спускаемых автомати ческих космических аппаратов " под редакцией члена- корреспондента АН СССР В.М.Ковтуненко . М .: Машиностроение , 1985. 2. Баженов В.И ., Осин М.С . Посадка кос мических аппаратов на планеты . М .: Машино строение , 1978. _
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Если ты один дома, потуши свет и включи фильм ужасов. И вскоре тебе уже не покажется, что ты в квартире один.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по астрономии, авиации, космонавтике "Спуск и посадка космических аппаратов на планете без атмосферы", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru