论文-小推力探测器星际转移轨道设计与优化方法研究.docVIP

题目 设计与优化方法研究 作者 学科、专业 指 导 教 师 申请学位日期 20.3 西 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 （学位研究生） 小推力探测器星际转移轨道 设计与优化方法研究 作 者 指导教师 教授 学科专业 西北工业大学航天学院 20年3月 Thesis submitted for The Master Degree of Engineering In Vehicle Design Study of Low Thrust Transfer Trajectory Design and Optimization By Wei LIU Supervised by Prof. Jianping YUAN College of Astronautics Northwestern Polytechnical University Xi’an P.R.China March 2010摘 要 在深空探测任务中，探测器从地球出发到达目标星后，往往需要巨大的能量，采用传统的化学火箭发动机将会消耗过多的燃料，减小了有效载荷比。具有高比冲等优点的小推力推进系统能够极大的增加有效载荷比，因而逐渐受到众多学者和工程师的关注。采用小推力推进系统的探测器轨道设计问题也成为轨道设计领域需要解决的一个难题。 本文以地球-火星转移轨道为例，针对深空探测中的小推力轨道设计与优化问题进行了研究。主要内容包括以下几个方面： 1）研究了小推力探测器发射机会有哪些信誉好的足球投注网站问题。根据发动机模型的不同，建立了三类动力学模型，并分别应用极小值原理得到最优化模型。采用微分进化（DE）算法和间接法相结合的方式对发射机会进行了有哪些信誉好的足球投注网站。仿真结果表明：小推力探测器发射机会与发动机的模型密切相关；不同的发动机模型，存在不同的发射机会，相同的发动机模型下，可存在多种发射机会；采用DE算法和间接法的结合能够在不同发动机模型下有哪些信誉好的足球投注网站到燃料最省的发射机会。在进行发射机会选择时，要综合考虑探测器飞行时间和燃料消耗两个因素。 2）研究了小推力探测器逃逸轨道设计与优化问题。建立了探测器的动力学模型，推导出了最优化模型。针对逃逸轨道存在多圈导致正则方程难以收敛的问题，提出了一种策略。首先对飞行时间较短的逃逸轨道进行了有哪些信誉好的足球投注网站，然后对有哪些信誉好的足球投注网站到的协态变量初值进行曲线拟合，通过拟合曲线可得到飞行时间较长时的协态变量初值的估计值，最后使用DE算法对较长飞行时间的逃逸轨道进行了有哪些信誉好的足球投注网站。仿真表明，使用此有哪些信誉好的足球投注网站策略能够较快而且有效的有哪些信誉好的足球投注网站到任意飞行时间的燃料最省轨道。 3）研究了小推力星际巡航段轨道的设计与优化问题。根据前面所研究内容，得到了发射机会和逃逸点，然后将得到的发射时间和逃逸点作为初始参数，并且考虑地球引力的影响，使用DE算法和间接法相结合的策略对星际巡航段轨道进行了优化设计。针对DE算法和间接法结合中的影响因素进行了仿真分析，并得到了最佳组合。仿真结果表明，采用DE算法和间接法结合的策略能够较快而且有效的解决小推力星际巡航段轨道的设计和优化问题。 关键词：小推力，DE算法，间接法，发射机会有哪些信誉好的足球投注网站，逃逸轨道，巡航轨道 ABSTRACT The probes with the traditional chemical rocket engine often require huge amounts of energy when they reach the target after leaving the Earth in the deep space exploration mission. The probes with low-thrust propulsion system which can dramatically increase the payload ratio for its high specific impulse have been the concerns of many researchers and engineers. The probe’s trajectory with low thrust propulsion becomes a difficult problem in the field of trajectory design. The low thrust deep space trajectory design and optimization problems have been studied in this dissertation taking the Earth – Mars transfer orbit as an example. The main contents