MMU月面起飞燃耗最省轨迹和推力设计研究

载人机动装置(MMU)携载航天员在月面机动飞行包括上升转弯段、巡飞段、转弯下降段,本文研究上升转弯段燃耗最省轨迹和主发动机推力优化问题.首先采用Pontryagin极小值原理,推导出MMU发动机推力大小和方向的最优函数形式.结果表明,推力大小是开关形式,且最多切换一次,故只需用"开"和"关"持续时间两个参数描述;推力方向角的余切是时间的仿射函数,只需用该函数的斜率和截距两个参数描述.上升转弯段和巡飞段交接,故上升转弯段的末状态受飞行高度、速度大小和方向三个条件约束,这样就将燃耗最省最优控制问题转化为三等式约束下的四参数非线性规划问题,设计自由度仅为一,只需用单自由度搜索即可快速求解.数值仿真验证了本文所提方法的有效性.