[发明专利]一种月球探测航天器多状态转动惯量计算方法

摘要

航天器的姿控的成败除了依赖于姿控发动机的性能发挥外，更取决于飞控中心对于航天器质量特性的掌握程度，特别是转动惯量对于姿控有着根本性的影响。本发明提出了一种月球探测航天器多状态转动惯量计算方法，用于计算月球探测航天器多种飞行状态下的转动惯量。在该月球探测航天器的不同飞行阶段，推进剂的消耗，以及舱段间的分离、对接，使得航天器的转动惯量不断发生变化。本发明通过对航天器上所有结构、设备、推进剂等的不同状态下的转动惯量的转换、状态切换、集成加总，方便快捷地得到月球探测航天器的不同状态下的转动惯量。

主权项

1.一种月球探测航天器多状态转动惯量计算方法，其特征在于，其步骤包括：步骤1，初始化，进行航天器上所有构成要素的信息输入；航天器由众多要素组成，部分要素在不同状态下的质量特性数据和安装极性数据有所不同，将所有不同数据均视为独立的要素；本步骤进行计算初始化，完成各组成要素的信息输入：任一要素i的重量、其质心在航天器坐标系O‑XYZ中的位置和安装极性、其相对于自身质心坐标系O_i‑U_iV_iW_i的转动惯量；其中：O‑XYZ：航天器根据右手准则确定的正交坐标系；O_i‑U_iV_iW_i：任一要素i根据右手准则确定的本体正交坐标系；、、：任一要素i的质心在O‑XYZ中的坐标值；、、：任一要素i在O_i‑U_iV_iW_i坐标轴上的正交单位矢量；、、：单位矢量在O‑XYZ中X、Y、Z三轴上的分量；、、：单位矢量在O‑XYZ中X、Y、Z三轴上的分量；、、：单位矢量在O‑XYZ中X、Y、Z三轴上的分量；、、、、、：任一要素i相对于自身质心坐标系O_i‑U_iV_iW_i的转动惯量的六个分量；步骤2，航天器所有计算状态的定义；步骤3，计算航天器所有计算状态的总重量：任一计算状态j下的总重量 为该状态下所有组成要素的重量累加：；步骤4，每一计算状态的质心计算任一计算状态j下的航天器质心：其中：、、为状态j下的航天器质心在O‑XYZ中的位置数据；步骤5，一种状态下的所有要素的转动惯量旋转变换：任一要素i相对于航天器不同状态的不同质心坐标系，其转动惯量均不同；任一要素i的本体转动惯量需要进行旋转变换和平移变换才能得到任一状态j下的相对于航天器质心坐标系O_CGj‑X_CGjY_CGjZ_CGj的转动惯量；将要素i的质心坐标系O_i‑U_iV_iW_i绕其质心旋转为与航天器坐标系平行的新质心坐标系O_i^′‑U_i^′V_i^′W_i^′，要素i相对于O_i^′‑U_i^′V_i^′W_i^′的转动惯量为： ——转动惯量旋转变换公式其中：O_CGj‑X_CGjY_CGjZ_CGj的原点为状态j下质心，坐标系与O‑XYZ平行；、、、、 、 为 的六个分量；步骤6，该状态下的所有要素的转动惯量平移变化；状态j下的任一要素i相对于航天器质心坐标系O_CGj‑X_CGjY_CGjZ_CGj的转动惯量：；步骤7，该状态的转动惯量计算；对状态j下的所有组成部分进行转动惯量集成加总：；步骤8，状态切换，进行下一状态计算，直至完成所有状态计算；所述计算方法中，不同状态下的转动惯量与其质心有关；每一个组成部分的惯量随着总质心的变化而变化，需要不断切换状态，以得到不同状态下的转动惯量，最终得到不同状态下的航天器的转动惯量。