[发明专利]一种空天飞行器三维空间可达域分析方法

权利要求书

1.一种空天飞行器三维空间可达域分析方法，其特征在于：包括如下内容：

(1)确定空天飞行器的变轨方式，如果为脉冲方式变轨则进入步骤(2)，如果为有限推力变轨方式则进入步骤(5)；

(2)按照要求获得可达域；判断是否考虑时间约束，如果不考虑时间约束则进入步骤(3)，如果考虑时间约束则进入步骤(4)；

(3)建立机动点位置、脉冲方向不同状态组合下的基于轨道六根数的三维空间可达域模型，获得脉冲方式变轨下的三维空间可达域；

(4)建立具有时间约束的脉冲变轨三维空间可达域模型，获得固定时间长度下脉冲方式变轨下的三维空间可达域；

(5)建立基于改进春分点轨道根数的有限推力变轨三维空间可达域模型，获得有限推力方式变轨下的三维空间可达域。

2.根据权利要求1或2所述的一种空天飞行器三维空间可达域分析方法，其特征在于：步骤(3)中基于轨道六根数的三维空间可达域模型由可达域位置方程与边界方程组成，具体为：

可达域位置方程：

r＝r(f,α；κ,υ)p(κ,υ)

其中

p(κ,υ)＝[cosυcosκ sinυcosκ sinκ]^T

可达域边界方程：

r＝r(f^*,α^*；κ,υ)p(κ,υ)

其中边界上的真近点角f^*，能达到边界的推力方向α^*，由以下方程求取f的值作为f^*，求取α值作为α^*：

其中κ为单位矢量高度角，υ为升交点幅角，f为真近点角，(α,β)为脉冲施加方向角，Δv的方位角与高度角，h为飞行器动量矩，Δθ代表初始位置与目标位置的转角，v_u和v_r分别为速度在水平方向与径向的分量，e₀为初始轨道的离心率，p₀为初始轨道的半通径，μ为地心引力常数。

3.根据权利要求1或2所述的一种空天飞行器三维空间可达域分析方法，其特征在于：步骤(4)中具有时间约束的脉冲变轨三维空间可达域模型为：

其中C₁为轨道坐标系到地心惯性坐标系的坐标转换矩阵，C₂为当地轨道坐标系到地心惯性坐标系的坐标转换矩阵，r₁为脉冲施加时刻的飞行器地心距，f₁为脉冲施加时刻的飞行器真近点角，e₀为飞行器初始轨道偏心率，p₀为半通径，μ为地球引力常数，Δv为施加脉冲的大小，(α,β)为脉冲施加方向角。

4.根据权利要求1或2所述的一种空天飞行器三维空间可达域分析方法，其特征在于：步骤(5)中改进春分点轨道根数的有限推力变轨三维空间可达域模型为：

其中a为轨道半长轴，e为轨道偏心率，ω为近地点幅角，Ω为升交点赤经，i为轨道倾角，θ为升交点幅角；w＝1+fcosL+gsinL，s²＝1+h²+k²；μ为地球引力常数；f_r,f_t,f_n分别代表轨道平面上径向、切向和法向的推力加速度大小，I_sp发动机比冲，T为发动机推力，g₀为重力加速度，α为推力矢量俯仰控制角，β为推力矢量偏航控制角，m_p为最大燃料可消耗量，T_max为发动机最大推力。