类天宫航天器迎风面积建模及变化特性分析

发布时间：2021-04-17 16:05

　　针对类天宫航天器复杂结构外形迎风面积的精确计算问题,提出了一种在轨飞行期间迎风面积的计算模型。该模型考虑航天器姿态变化和帆板转动因素,在航天器本体系下建立经纬度网格,将三维的投影方向矢量转化为二维的经度、纬度;基于图形学几何投影方法,对投影经度、投影纬度、帆板转角模型参数按照一定颗粒度离线穷举,计算各种参数状态的迎风面积,离线建立航天器迎风面积模型;轨道计算过程中,根据航天器在轨飞行模式确定该时刻的姿态和帆板转动角度,通过迎风面积模型插值获得迎风面积。应用该方法计算天宫一号长期在轨飞行阶段的迎风面积,对不同时间尺度的变化规律进行了分析,验证了方法的有效性。 

【文章来源】：载人航天. 2020,26(04)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

类天宫航天器迎风面积计算方法

使用树结构表示航天器活动部件之间的层次连接关系和运动状态。树结构的节点对应一个航天器部件,使用非结构三角网格表征该部件实体的几何外形信息,可逼近任何复杂外观和结构的航天器,提高模型表示精度[10-11],同时降低网格数量。利用非结构网格表示航天器如图2所示,几何形状信息里包括顶点和面片两部分信息,其中顶点信息包括所有顶点的三维坐标,面片信息包括组成几何形状外表面所有面片的顶点序号。按照航天器的结构,对不同部分使用单独的三角网格进行表示,平缓表面网格稀疏,弯曲表面使用更稠密网格拟合。2.2 几何投影

航天器迎风面积几何投影原理如图3所示。以航天器相对大气的速度矢量方向为投影方向,利用计算机图形学方法[11],对航天器几何网格进行投影,在垂直于投影方向的投影面产生航天器投影的影像。通过计算影像所占面积大小,即可确定航天器的投影面积。3 迎风面积建模方法

【参考文献】：
期刊论文
[1]利用TLE数据判别天宫一号目标飞行器姿态[J]. 张炜,崔文,田鑫,雷园,刘兴.  载人航天. 2018(06)
[2]应用阴影图的航天器迎风面积计算方法[J]. 杨成,唐歌实,李勰,陈光明.  计算机辅助设计与图形学学报. 2015(11)
[3]天宫飞行器低轨控空气动力特性一体化建模与计算研究[J]. 李志辉,吴俊林,彭傲平,唐歌实.  载人航天. 2015(02)
[4]一种航天器有效迎风面积的求解方法[J]. 朱战霞,裴韶彬,唐歌实,李勰,马家瑨.  飞行力学. 2014(03)
[5]一种OpenGL中3D Studio模型的读取与控制方法[J]. 孙伟,张琦,郭松辉.  仪器仪表学报. 2005(S2)



本文编号：3143740