Методика оценки рассеивания точек посадки СА

В целях надёжного обеспечения работ по оперативному БНО спусков необходимо наличие оценок точности работы СУС во всех вариантах эксплуатации с учётом граничных условий и возможных изменений характеристик ТК. При этом различные условия функционирования СУС обуславливаются (при штатном функционировании бортовой аппаратуры) следующими причинами:

- вариациями в широком диапазоне параметров предспусковой

орбиты и, соответственно, существенными вариациями протяжённости

атмосферного участка спуска;

- вариациями массово-центровочных характеристик ТК и СА, в первую

очередь – центровочными характеристиками СА;

- величиной бокового маневра (для обеспечения заданных граничных

условий, в качестве которых выступают координаты точки посадки).

Задача оценивания точности работы СУС математически может быть сформулирована следующим образом. Заданы модели движения ТК и СА на участках схода с орбиты и атмосферном участке спуска:

где - вектор состояния ТК или СА;

- координаты ЦМ ТК или СА (в принятой для БНО Гринвичской системе координат);

- компоненты вектора скорости ЦМ;

- угол скоростного крена и угловая скорость в канале крена СА;

t – время;

- вектор управления; в рассматриваемом случае: для участка схода с орбиты – вектор тяги тормозной ДУ в заданном режиме ориентации и стабилизации; для атмосферного участка спуска – командный угол крена .

Задана также модель бортовой системы управления для атмосферного участка спуска

где - прицельная широта ввода ОСП;

- прицельная долгота ввода ОСП.

Значения координат прицельной точки совместно с заданными характеристиками ТК и предспусковой орбиты однозначно определяют набор уставок СУС, в соответствии с которым последняя обеспечивает отслеживание номинальной траектории спуска.

Необходимо для различных комбинаций параметров предспусковой орбиты, возможных характеристик орбиты и предельных значений бокового манёвра получить оценки:

- утроенного значения среднеквадратического отклонения величин

продольного и бокового промаха 3σ_прод, 3σ_бок ;

- формы и расположения области рассеивания точек ввода ОСП

относительно трассы посадочного витка.

Показано, что величины 3σ_прод, 3σ_бок целесообразно определять относительно конечного участка номинальной трассы управляемого спуска. Это обусловлено наибольшей наглядностью отражения характеристик СУС (управляющей протяжённостью траектории). Расположение области рассеивания относительно трассы посадочного витка определяется, в основном, величиной бокового манёвра.

Методики моделирования движения ТК и СА “Союз ТМА”, а также моделирования работы СУС приведены в [ 2 ]. Эти методики программно реализованы в модернизированном оперативном комплексе БНО спусков. При оценке статистических характеристик точности СУС учитываются следующие возмущения:

- ошибки определения и прогноза параметров орбиты;

- отклонение параметров атмосферы;

- ошибки определения аэродинамических характеристик СА;

- разброс параметров корабля и СА;

- инструментальные погрешности.

Случайное отклонение начального вектора состояния КА, зависящее от ошибок измерений (РКО с использованием системы “ Камы”, аппаратуры “Квант” или совместным использованием, количества сеансов РКО и количества витков этих сеансов), ошибок системы управления РН и прогноза (временной интервал прогноза, высота орбиты и уровень солнечной активности) задается ковариационной матрицей (удевятеренной).

Ковариационная матрица вектора состояния в качестве примера (РКО с использованием системы “ Камы” и аппаратуры “ Квант”, высота орбиты H = 400 км; значение индекса солнечной активности F₀ = 125; измерения на трёх “вечерних” и трёх “утренних” витках; интервал прогнозирования в два витка; баллистический коэффициент S = 0,03) приводится ниже:

Отклонения центровочных характеристик от их номинальных значений задаются в соответствии с равномерным законом распределения в диапазоне: êх_т - х_т ^ном ê< 2мм; êу_т - у_т ^ном ê< 2мм.

Разбросы аэродинамических характеристик СА задаются независимыми отклонениями балансировочного угла атаки, коэффициента тангенциальной силы, а также значения аэродинамического качества. Возмущенные аэродинамические характеристики определяются следующим образом:

a_бал ^воз = a_бал^ном (х_т, у_т) + d_a¹ + d_a²_;

С_x ^воз = С_x^ном (a_бал ^воз) + d_Cx¹ + d_Cx ²_;

K^воз = K^{ном (}a_бал ^воз) + d_к¹ + d_к²_;

С_y^воз = С_y(a_бал ^воз_, С_x ^воз, К ^воз)_;

здесь: Х_Т, У_Т - возмущенные значения центровочных характеристик;

d_i¹ - отклонения с равномерным законом распределения;

d_i² - отклонения с нормальным законом распределения.

Значение отклонения d_i¹не превышает:

· для балансировочного угла атаки a_бал— ±1,5 °;

· для коэффициента тангенциальной силы С_x — ±0,08;

· для величины аэродинамического качества К — ±0,02.

Значение среднеквадратического отклонения d_i² составляет:

· для балансировочного угла атаки a_бал— ±0,17 °;

· для коэффициента тангенциальной силы С_x — ±0,013;

· для величины аэродинамического качества К — ±0,0033.

Для ограничения по величине возмущённого аэродинамического качества возмущенное значение коэффициента нормальной силы С_y вычисляется по формуле, связывающей значения a_бал С_y, С_x, и К:

С_y = C_x · {sin(a_бал) - K ·cos(a_бал)} / {K · sin(a_бал) + cos(a_бал)}.

Возмущённые значения плотности и температуры атмосферы, а также случайные составляющие ветра (широтная и меридиональная) определяются по методике канонических разложений в соответствии c моделью сезонно- широтных отклонений термодинамических параметров атмосферы и скорости ветра.

Разброс параметров корабля и СА:

· масса корабля (нормальный закон распределения, s _Gкор.= 30 кг);

· масса СА (нормальный закон распределения, s_GCA= 10 кг);

· тяга СКД (нормальный закон распределения, s_РСКД= 10 кг);

· тяга ДПО-Бт (нормальный закон распределения, s_{РДПО-Бт}= 4 кг);

· удельная тяга СКД (нормальный закон распределения, s_{Руд. СКД}= 3 сек);

· удельная тяга ДПО-Бт (нормальный закон распределения, s_{Руд.ДПО-Бт}= 4 сек);

· баллистический коэффициент корабля (нормальный закон распределения, s_Sбал.= 0,1×S_бал.);

Инструментальные погрешности бортовых систем:

· точность построения и поддержания ориентации корабля до разделения (нормальный закон распределения, s_a,b,g = 0,5^О);

· точность поддержания ориентации СА (нормальный закон распределения, уход СГ по рысканью s_b = 3,3^О/час, по крену s_g = 1,3^О/час);

· время включения СКД (ДПО-Бт) (нормальный закон распределения, s_Твкл.=0,5 сек – включение экипажем, s_Твкл.=0,15 сек – включение от системы единого времени);

· точность отработки тормозного импульса по интегратору (нормальный закон распределения, s_DV = 0,00075 ·DV, м/с;

· импульс последействия (нормальный закон распределения, s_DV = 0,01 м/с;

· время исполнения команда разделения (нормальный закон распределения, s_Тразд. = 0,05 сек);

· точность определения кажущейся скорости (нормальный закон распределения, s_Vs = 0,0001·Vs);

· точность дискретности приборного времени достижения Vs_i (нормальный закон распределения, s_t = 0,0001 сек);

Для получения статистических оценок характеристик СУС в каждом из

рассмотренных вариантов номинальной траектории рассчитывались 1000 случайных реализаций возмущённых траекторий.

2.1.3.Оценка точностных характеристик СУС ТК "Союз ТМА" при штатном спуске в различных вариантах эксплуатации.

Поиск по сайту: