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Gmat说明-运用有限燃料升高远地点

空间任务设计中,经常出现的一个问题是,运用有限燃料达到指定轨道目标。    在这里,我们将运用GMAT将低轨飞行器升高到指定远地点半径。

步骤如下:

  • 创建并配置飞行器及有限推进资源。
  • 创建差分矫正器及目标控制变量。
  • 配置任务序列。包括:创建开始/结束有限推进命令(两者均为默认设置);创建目标序列以达到12000km远地点轨道。
  • 运行任务并分析结果。

创建并配置飞行器及有限推进资源

为后续工作,需首先打开一个默认的任务,保留飞行器DefaultSC及预报器DefaultProp的默认设置。

1.1 创建一个推进器和一个油箱

为了模拟有限推进相关的推进器和燃料,需要创建一个Thruster和一个FuelTank,并将FuelTank与Thruster关联起来。

1)在资源树中,右键Hardware文件夹->Add->Thruster,将创建一个名为Thruster1的资源。

2)在资源树中,右键Hardware文件夹->Add->FuelTank,将创建一个名为FuelTank1的资源。

3)双击Thruster1打开属性编辑页。

4)勾选Decrement Mass框,以激活有限推进的燃料设置。

5)在T ank右侧的下拉列表中选择FuelTank1,作为Thruster1的燃料来源。

6)点击OK保存设置。

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图1 Thruster1属性设置

1.2 修改Thruster1的推进系数

1)在资源树中,双击Thruster1打开属性编辑页。

2)点击Edit Thruster Coef.按钮,打开ThrusterCoefficientDialog。

3)将C1的值10替换为1000,点击OK。

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图2 Thruster1 Thruster Coefficient设置

1.3 将FuelTank1和Thruster1关联到DefaultSC

1)在资源树中,双击DefaultSC,打开属性编辑页。

2)选择Tanks标签。在Available Tanks列,选择FuelTank1,然后点击右箭头,将FuelTank1添加到SelectedTanks列表中。点击Apply。

3)选择Actuators标签。在Available Thrusters列中,选择Thruster1,点击右箭头,将其添加到SelectedThrusters列表中。点击OK。

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图3 将FuelTank1附给DefaultSC

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图4 将Thruster1附给DefaultSC

1.4创建有限燃料机动

1)在资源树中,右键Burns文件夹,添加一个FiniteBurn,将产生一个名为FiniteBurn1的资源。

2)双击FiniteBurn1,打开属性编辑页。

3)在Thruster右侧的下拉列表中选择Thruster1,将两者关联起来,点击OK。

图片5

图5 创建FiniteBurn资源FiniteBurn1

创建差分校正器和目标控制变量

后续创建的目标序列需要一个差分校正器,在这里创建一个,并保留其默认设置。

1)在资源树中,展开Solvers文件夹。

2)右键Boundary Value Solvers文件夹->Add->DifferentialCorrector,将创建一个名为DC1的资源。

后续创建的目标序列运用Vary命令调整用户定义的目标控制变量,以达到指定轨道目标,即提升远地点至12000km。首先需要创建该变量,这里将其命名为BurnDuration。

1)在资源树中,右键Variables/Arrays/Strings文件夹->Add->Variable,将打开New Variable,Array,or String窗口,窗口默认选中Variable标签。

2)在左侧的Variable Name中,输入BurnDuration;在Variable Value中,输入0。点击右侧箭头,则创建了BurnDuration变量。点击Close关闭窗口。

图片6

图6 创建变量BurnDuration

3)为了确保正确创建了该变量,双击BurnDuration,查看其属性。

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图7 查看BurnDuration属性

配置任务序列

3.1 配置初始预报器命令

1)选中左侧窗口的任务标签,打开任务树。

2)将Propagate1参数设为DefaultSC.Earth.Periapsis。

3)将Propagate1重命名为Prop To Perigee。

3.2 创建目标序列

1)在任务列树中,右键Prop To Perigee->Insert After->Target,将产生两个独立命令:Target1和EndTarget1。

2)将Target1重命名为Raise Apogee。

3)右键Raise Apogee->Append->Vary,重命名为Vary Burn Duration。

4)在Vary Burn Duration后面添加BeginFiniteBurn,重命名为Turn Thruster On。

5)在Turn Thruster On后面添加Propagate,重命名为Prop BurnDuration。

6)在Prop BurnDuration后面添加EndFiniteBurn,重命名为Turn Thruster Off。

7)在Turn Thruster Off后面添加Propagate,重命名为Prop To Apogee。

8)在Prop To Apogee后添加Achieve,重命名为Achieve Apogee Radius = 12000。

9)完成上述操作后,任务序列如图8所示。

图片8

图8 创建目标序列

3.3 配置目标序列

3.3.1 配置Raise Apogee命令

1)双击Raise Apogee,打开属性编辑页。

2)在ExitMode下拉列表中,选择SaveAndContinue。这个操作会通知GMAT在运行后,保存该问题的最终解决方案。

3)点击OK保存以上修改。

图片9

图9 Raise Apogee命令配置

3.3.2 配置Burn Duration命令

1)双击Vary Burn Duration,打开属性编辑页。通过该页,调整(或修改)之前创建的代表有限燃料持续时间的的变量——BurnDuration。点击编辑按钮,打开ParameterSelectDialog。运用ObjectType菜单选择Variable对象类型。ObjectList菜单会相应的显示用户定义的变量。双击BurnDuration,BurnDuration会显示在SelectedValue(s)菜单中。点击OK保存设置并返回到Vary Burn Duration属性编辑页。

2)在Initial Value框中,填写200。

3)在Upper框中,填写10000。

4)在Max Step框中,填写100。

5)点击OK保存以上修改。

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图10 Vary Burn Duration命令配置

3.3.3 配置Turn Thruster On命令

1)双击Turn Thruster On,打开属性编辑页。发现该命令已经设置为将FiniteBurn1应用于DefaultSC飞行器,因此不需要作任何修改。

2)点击OK保存设置。

3.3.4 配置Prop BurnDuration命令

1)双击Prop BurnDuration,打开属性编辑页。

2)使用默认Parameter值DefaultSC.ElapsedSecs。

3)在Condition下方,将默认值替换为变量BurnDuration。

4)点击OK保存以上修改。

图片11

图11 Prop BurnDuration命令配置

3.3.5配置Turn Thruster Off命令

1)双击Turn Thruster Off,打开属性编辑页。发现该命令已经设置为将FiniteBurn1应用于DefaultSC飞行器,因此不需要作任何修改。

2)点击OK保存设置。

图片12

图12 Turn Thruster Off命令配置

3.3.6 配置Prop To Apogee命令

1)双击Prop to Apogee,打开属性编辑页。

2)在Parameter下方,将DefaultSC.ElapsedSecs替换为DefaultSC.Earth.Apoapsis。

3)点击OK保存设置。

图片13

图13 Prop To Apogee命令配置

3.3.7 配置Achieve Apogee Radius = 12000命令

1)双击Achieve Apogee Radius = 12000,打开属性编辑页。

2)发现Goal已设置为DefaultSC.Earth.RMAG,这正是我们所需要的,因此不作修改。

3)在数值框,键入12000。

4)点击OK保存设置。

图片14

图14 Achieve Apogee Radius命令配置

运行任务

运行任务之前,点击保存。任务运行结果如下图所示。

图片15

图15 有限燃料升高远地点3D展示

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