[发明专利]一种有利于抑制液体晃动的推力器安装布局方法

说明书

一种有利于抑制液体晃动的推力器安装布局方法，包含以下步骤：S1、对充液卫星的姿态进行动力学建模，利用等效单摆模型来分析储箱内液体燃料的小幅晃动对卫星姿态的影响；S2、根据S1建立的动力学模型，对姿控系统进行三轴独立分析和设计；S3、根据S2的结果，代入实际参数，计算出各推力器布局位置及推力大小。利用本发明提出的分析方法对卫星的姿控推力器进行安装布局，可有效避免储箱内液体燃料晃动出现“零极点倒置”的现象，有效提高姿态控制系统对液体燃料晃动的抑制能力。

技术领域

本发明涉及卫星姿态与轨道控制技术领域，具体涉及一种有利于抑制液体晃动的推力器安装布局方法。

背景技术

受运载能力所限，地球静止轨道卫星需要星上的变轨发动机进行远地点变轨，将卫星由大椭圆轨道送入地球静止轨道。由于变轨发动机推力偏斜及横移、安装误差、卫星质心变化等原因，变轨推力产生的干扰力矩较大，需要控制系统使用推力器来克服。此外，变轨推力产生的加速度较大，卫星储箱内液体燃料晃动会产生较大的扰动力矩，控制系统需要克服常值干扰力矩和液体晃动产生的扰动力矩，要求姿态控制系统能够有效抑制储箱内液体燃料的晃动。

在以往的工程设计中，推力器安装布局只以控制力矩的大小为设计目标，忽略了推力器产生的作用力对储箱内液体燃料晃动的影响，在变轨机动过程中，有可能导致不利于姿态控制系统对储箱内液体燃料晃动的抑制，甚至引发姿态控制系统的“失稳”。

发明内容

针对工程设计中存在的缺点，本发明提供了一种姿控推力器安装布局的设计方法，按照该布局方式可提高卫星变轨机动期间姿态控制系统对储箱内液体燃料晃动的抑制能力。该发明以变轨机动期间储箱内液体燃料晃动动力学模型为基础，通过分析液体晃动对姿态控制系统的增益及相位的影响，提出利用推力器斜装来减弱储箱内液体晃动对姿态控制系统稳定裕度的影响。

一种有利于抑制液体晃动的推力器安装布局方法，包含以下步骤：

S1、对充液卫星的姿态进行动力学建模，利用等效单摆模型来分析储箱内液体燃料的小幅晃动对卫星姿态的影响；

S2、根据S1建立的动力学模型，对姿控系统进行三轴独立分析和设计；

S3、根据S2的结果，代入实际参数，计算出各推力器布局位置及推力大小。

上述的一种有利于抑制液体晃动的推力器安装布局方法，其中，所述步骤S1建立的动力学模型为：

式中，J_s为整星相对质心的转动惯量；

m_s为整星的质量；

m_i为第i个等效单摆的质量；

l_i为第i个等效单摆的摆长；

为第i个储箱坐标系原点在卫星本体坐标系中的位置矢量；

为第i个等效单摆平衡位置在储箱坐标系中的位置矢量；

为第i个等效单摆的摆点离开平衡位置的位置矢量；

为单摆摆动方向；

为整星的平动加速度；

为整星的角加速度；

g为变轨发动机产生的卫星平动加速度的大小；

α_i为第i个等效单摆的摆角；

为第i个等效单摆的摆角加速度；

为除发动机作用外，整星的所受到的外力；

为除发动机作用外，整星的所受到的外力矩。