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嫦娥三號軟著陸軌道設計與控制策略畢業(yè)論文-展示頁

2025-07-06 14:37本頁面
  

【正文】 (4)Oi著陸器軌道白道黃道月球赤道xNIJ圖522 月心平赤道坐標系:對簡化的橢圓軌道模型數學表達式的理論推導設:嫦娥三號著陸器的質量為m,月球的質量為M,軌道半長軸為a,軌道半短軸為b,月球中心到橢圓中心點的距離為c,A和B點分別為橢圓運動的近月點和遠月點,相對應的速度分別為和,相對應的半徑分別為和。為了便于分析,將著陸軌道的拋物線運動如下圖521所示,DAFL月球表面15km3km圖521著陸軌道運動軌跡大致示意圖與地球衛(wèi)星情況類似,分別采用如下長度、質量和時間單位: (1)相應地,有,.建立月心平赤道坐標系如圖522,衛(wèi)星的運動方程如下: (2)也可以用橢圓軌道根數來表示,即 (3)其中r、和分別為著陸器的月心位置矢量、速度矢量和加速度矢量,而是6個開普勒軌道根數。 問題一模型的建立與求解:月球衛(wèi)星運動的主要攝動源及力模型的建立據查閱資料,我們把平均高度h=100300km的月球衛(wèi)星定為低軌。:一個天體繞另一個天體沿二體問題的軌道運行時,因受到其他天體的吸引或其他因素的影響,天體運動會偏離原來的軌道。又由于在測量數據中,慣性導航系統的初始速度誤差是造成軟著陸避障和精確定點軟著陸的主要誤差源, 它會造成位置誤差隨時間的累積而不斷變大. 我們通過建立誤差分析系統和誤差敏感系數矩陣分別分析問題(2)中設計的著陸軌道和最優(yōu)控制策略。首先我們對題目附錄3和附錄4中,距2400m的數字高程圖和據月面100m的數字高程圖,我們轉化為三維高程圖和等高圖,見論文附錄2和附錄3。由于月球表面附近沒有大氣,所以在飛行器的動力學模型中沒有大氣阻力項。由近月點和遠月點的幾何關系,進而確定遠月點的位置。3. 對于問題2中我們設計的著陸軌道和控制策略,結合附件3和附件4的高程圖,做相應的誤差分析和敏感性分析。既要滿足每個階段在關鍵點所處的狀態(tài),又要盡量減少軟著陸過程的燃料消耗,我們需要建立數學模型并且討論和求解以下問題:1.通過建立月心平赤道坐標系,確定橢圓形軌道近月點和遠月點的位置;利用開普勒第二定律和機械能守恒,求出嫦娥三號相應速度的大小與方向。嫦娥三號在高速飛行的情況下,要保證準確地在月球預定區(qū)域內實現軟著陸,關鍵問題是著陸軌道與控制策略的設計。在四周安裝有姿態(tài)調整發(fā)動機,在給定主減速發(fā)動機的推力方向后,能夠自動通過多個發(fā)動機的脈沖組合實現各種姿態(tài)的調整控制。然后又通過誤差分析系統的建立,誤差敏感系數矩陣的求取方法和步驟的分析,得出設計的設計的著陸軌道和控制策略的誤差分析和敏感性分析結論關鍵詞:逆推法 開普勒第二定律 機械能守恒 蟻群分析 最優(yōu)控制策略二體模型 關系函數 誤差敏感系數矩陣一、 問題重述嫦娥三號于2013年12月2日1時30分成功發(fā)射,12月6日抵達月球軌道。對于問題三,首先我們通過將題目中附件3和附件4導入matlab中,得出高程圖和等高圖,可以判斷哪塊區(qū)域較平坦,給衛(wèi)星水平移動提供理論依據。通過六個階段的狀態(tài),確定線性方程。題目中要求遠、近月點相應的速度,我們通過簡化的橢圓軌道模型,根據開普勒第二定律和機械能守恒(由于月球無大氣,著陸器環(huán)月飛行無能量耗散),列出相應公式,求出近月點和遠月點的速度。本題要求我們根據嫦娥三號的預定著落點和六個階段關鍵點的狀態(tài),建立數學模型,確定著陸準備軌道位置和六個階段的最優(yōu)控制策略,并對它們做相應的誤差分析和敏感性分析。畢業(yè)論文嫦娥三號軟著陸軌道設計與控制策略 摘要嫦娥三號于2013年12月2日1時30分成功發(fā)射,探測器在高速飛行情況下,通過多個發(fā)動機的脈沖組合以實現各種姿態(tài)的調整控制。要保證探測器在月球預定區(qū)域內實現軟著陸,關鍵是著陸軌道與各個階段控制策略的設計。對于問題一,要求得著陸準備軌道(即橢圓軌道)近月點和遠月點的位置,通過查閱資料,對一般底軌月球衛(wèi)星,地球引力攝動幾乎與月球非球形引力攝動相當,假設不能忽略地球扁率項攝動,通過建立嫦娥三號橢圓運動的主要攝動源及力模型,通過在3000m位置經緯度逆推法確定近月點的位置,并通過遠月點和近月點位置關系,進而求出遠月點位置。對于問題二,要確定嫦娥三號的著陸軌道,我們采取基于蟻群算法的軟著陸軌跡優(yōu)化模型,將這一過程在二體模型下描述,建立整個過程的制動發(fā)動機推力方向角與時間t的關系函數。通過燃料消耗指標公式取得最小值,確定最
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