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申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：火星不确定环境下航天器气动参数快速估计方法，涉及火星探测技术领域，本申请首先根据先验信息，给出航天器所处位置的大气分子质量、分子有效直径、温度、压强、航天器壁温、来流速度的均值和方差，构建不同环境参数的采样点。然后将航天器模型表面进行三角网格划分，利用来流方向、三角面位置和法线方向关系，筛选并分割迎风面区域。之后判断航天器所处流区，计算各三角面产生的气动力和气动力矩，最终得到航天器气动参数及其方差。本申请考虑到航天器自身遮挡和环境不确定问题，能够精细划分航天器表面迎风面和背风面，并且根据航天器所处环境不确定性，得到航天器气动系数的不确定性，快速、准确估计火星气动捕获期间航天器表面气动特性。

主权项：1.火星不确定环境下航天器气动参数快速估计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：获取N个不确定参数，所述不确定参数包括：航天器所处位置的大气平均分子质量m的均值和方差平均分子有效直径d的均值和方差航天器壁温Tw的均值和方差来流速度v∞的均值和方差大气温度T的均值和方差以及大气压强p的均值和方差所述大气温度T的均值和方差以及大气压强p的均值和方差的获取步骤为：获取航天器所处高度H，并结合大气温度和压强随高度变化表，得到大气温度T的均值和方差以及大气压强p的均值和方差步骤二：将航天器对应的航天器模型进行非结构三角网格划分，得到多个三角面元，三角面元总数为Q，计算得到每个三角面元的法线方向步骤三：通过敏感器获取来流方向并根据来流方向和三角面元法线方向筛选可能产生气动力的三角面元集合Q1；步骤四：从集合Q1中筛选产生气动力的三角面元集合Q2；步骤五：生成2N+1个采样点χi；步骤六：根据每个采样点χi的大气温度T、大气压强p和分子有效直径d得到气体平均自由程λ；步骤七：获取航天器特征长度Dc，之后根据气体平均自由程λ和航天器特征长度Dc，得到每个采样点对应的大气环境下的克努森数Kn，并根据克努森数Kn判断航天器所处流区；步骤八：获取来流密度ρ∞、大气比热比γ以及漫反射系数σ，之后根据航天器所处流区、来流密度ρ∞、来流速度v∞、壁面温度Tw、大气比热比γ、克努森数Kn、漫反射系数σ、分子质量m，得到每个采样点对应的大气环境下，每个三角面元产生的气动力和气动力矩；步骤九：获取航天器参考面积Sr和参考长度Dr，然后将每个采样点情况下所有三角面元的气动力和气动力矩分别相加，再结合航天器参考面积Sr和参考长度Dr得到气动特性，即航天器沿航天器固连坐标系三轴的气动力系数Cx、Cy、Cz和气动力矩系数mx、my、mz，所述航天器固连坐标系的定义为：原点为航天器质心，X轴方向平行航天器轴线且在对称平面内，指向航天器尾部，Y轴方向垂直于航天器对称平面，Z轴在对称平面内，XYZ符合右手坐标系；步骤十：基于步骤九，得到2N+1个采样点的气动特性进而得到航天器气动特性的均值和方差所述从集合Q1中筛选产生气动力的三角面元集合Q2的具体步骤为：步骤四一：建立来流坐标系F，所述来流坐标系F满足右手坐标系，原点为航天器质心，Z轴正方向为来流方向，X轴正方向位于航天器纵向对称面内，且指上方，航天器固连坐标系相对于来流坐标系F的转换矩阵为步骤四二：将集合Q1中三角面元投影至来流坐标系F的XY平面，得到多个投影三角形，遍历投影三角形，判断是否存在重叠的投影三角形对；步骤四三：对于重叠的投影三角形对，根据三角面元角点在来流坐标系F的Z坐标，判断前后遮挡关系，即Z值大的为被遮挡的三角面元，Z值小的为遮挡三角面元；步骤四四：基于遮挡三角面元，将被遮挡的三角面元分割为迎风部分和背风部分，并将迎风部分作为产生气动力的三角面元，所述迎风部分为被遮挡的三角面元未被遮挡三角面元遮挡的部分，所述背风部分为被遮挡的三角面元已被遮挡三角面元遮挡的部分；步骤四五：将所有存在重叠的投影三角形对执行步骤四三和步骤四四，进而得到产生气动力的三角面元集合Q2。

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