飛行器系統參數變化對章動過程的影響分析①

劉平安，郜 冶，王 革

(哈爾濱工程大學航天工程系，哈爾濱 150001)

0 引言

小衛星發射的最末級通常使用旋轉固體火箭發動機作為動力裝置，在旋轉飛行器固體火箭發動機工作過程中，隨著推進劑的燃燒，系統的質量逐漸減少，使得系統的質量特性與能量特性發生變化，最終導致了飛行器章動的增長［1－7］。為了深入理解章動過程中能量損失的作用效果，需對系統能量耗散過程進行研究。能量耗散是指物體在做回旋運動時的彈性振動所產生的效果。這種耗散會導致進動角θ產生一個偏離，且越來越大。一個軸對稱的物體旋轉時，遵守轉動慣量守恒，如果沒有這種彈性振動，就不會產生進動角的耗散作用。若不存在外部力矩，它將以恒定的姿態保持穩定的進動。若施加一個力矩，這個進動角就會增加，當力矩的作用停止，進動角的增加也隨之停止，將保持一穩定值。

物體旋轉時，如果沒有能量耗散，轉動慣量的最大軸和最小軸都是穩定的。當存在能量耗散時，只有轉動慣量的最大軸是穩定的。這時，當物體圍繞轉動慣量最小軸旋轉時，進動角將會繼續增大，直到改變運動姿態，圍繞轉動慣量最大軸旋轉。當飛行器的側向轉動慣量大于軸向轉動慣量，對常用的細長體結構來說，是固有的、不穩定的。

本文從能量耗散的角度出發，研究飛行器系統參數變化對章動效果的影響。

1 控制方程

在沒有外力矩作用的情況下，質量特性不變的彈性體做回……