[发明专利]一种航天器变轨发动机安装参数优化方法

摘要

一种航天器变轨发动机安装参数优化方法，首先定义各个坐标系，建立发动机推力矢量、作用点位置向量与待定系数之间的关系式；进而计算各次点火期间干扰力矩值与待定系数之间的关系式。以各次点火期间干扰力矩分量最大值和最小值数值相等且符号相反为优化目标，求解待定系数，得到航天器变轨发动机安装角度以及发动机喷口的安装位置。本发明构建了最优化设计的数学方程，最大程度上满足了航天器变轨发动机安装参数优化的需求。

主权项

一种航天器变轨发动机安装参数优化方法，其特征在于步骤如下：(1)建立航天器机械坐标系C_S、航天器平移坐标系C_S"、航天器质心坐标系C_C、发动机本体坐标系C_EB、发动机目标坐标系C_T和发动机安装坐标系C_EI；所述航天器机械坐标系C_S的原点O_S位于卫星与运载火箭的机械分离面内，且与机械分离面内基准定位销所组成理论圆的圆心重合，X_S轴正方向从坐标原点指向航天器东板，Y_S轴正方向从坐标原点指向航天器南板，Z_S轴满足右手定则；所述航天器平移坐标系C_S"由航天器机械坐标系C_S平移得到，航天器平移坐标系C_S"的坐标原点为发动机安装法兰理论圆心A；所述航天器质心坐标系C_C由航天器机械坐标系C_S平移得到，航天器质心坐标系C_C的坐标原点位于航天器质心；所述发动机本体坐标系C_EB的坐标原点位于发动机安装法兰的理论圆心A，X_EB轴正方向与航天器机械坐标系Z_S轴正方向一致，Y_EB轴正方向与航天器机械坐标系Y_S轴负方向一致，Z_EB轴正方向与航天器机械坐标系X_S轴正方向一致；所述发动机目标坐标系C_T的由航天器平移坐标系C_S″旋转得到，发动机目标坐标系C_T的Z_T轴负方向为沿发动机理论几何轴线指向喷口方向；所述发动机安装坐标系C_EI为发动机目标坐标系C_T绕+X_T轴旋转180°而得到，Z_EI轴的正方向为沿发动机理论几何轴线指向喷口方向；(2)根据预先给定的推力矢量偏斜角α、推力矢量横移位置角β、推力矢量偏斜位置角γ和推力矢量作用点P的横移量δ，在发动机本体坐标系C_EB下，计算发动机推力矢量F_EB和作用点位置矢量(3)根据步骤(2)中的作用点位置矢量发动机推力矢量F_EB结合发动机本体坐标系C_EB到发动机安装坐标系C_EI的坐标变换矩阵得到在发动机安装坐标系C_EI下的作用点位置矢量和发动机推力矢量F_EI；(4)令从卫星平移坐标系C_S"变换到发动机目标坐标系C_T的过程为：将卫星平移坐标系O_S"X_S"Y_S"Z_S"先绕+X_S"轴旋转角度α_T(°)，再绕Y_T轴旋转β_T(°)，α_T(°)和β_T(°)为待定系数；确定发动机安装坐标系C_EI到建立航天器机械坐标系C_S的旋转矩阵与待定系数α_T(°)和β_T(°)之间的关系式；以及在航天器机械坐标系C_S下，建立发动机安装法兰的理论圆心A到发动机倾斜状态下发动机安装法兰圆心C的向量与待定系数α_T(°)和β_T(°)之间的关系式；(5)利用步骤(4)中得到的向量与待定系数α_T(°)和β_T(°)之间的关系式，确定在航天器机械坐标系C_S下，O_S到发动机安装法兰理论圆心A的向量(6)利用步骤(4)中的旋转矩阵与待定系数α_T(°)和β_T(°)之间的关系式结合步骤(3)中的发动机推力矢量F_EI、作用点位置矢量以及步骤(5)中的向量得到航天器机械坐标系C_S的下发动机推力矢量F_S、作用点位置向量与待定系数α_T(°)和β_T(°)之间的关系式；(7)利用步骤(6)中的两组关系式计算各次点火期间干扰力矩值M与待定系数α_T(°)和β_T(°)之间的关系式；(8)以各次点火期间干扰力矩分量最大值和最小值数值相等，且符号相反为优化目标，求解步骤(7)中的关系式，得到待定系数α_T(°)和β_T(°)，进而得到旋转矩阵(9)根据旋转矩阵得到航天器变轨发动机安装角度以及发动机喷口的安装位置B。