Wie viel Delta-V habe ich hier verwendet? Was ist die "offizielle" Gleichung für Delta-v aus parametrischem Schub?

Ich machte eine Pause von Stack Exchange, sprang in mein Raumauto und flog den folgenden Kringel:

A X = cos ( 10   T )
A j = Sünde ( 5   T )
A z = cos ( 2   T )

ab xyz = [-0.01, 0, -0.05]und v_xyz = [0, -0.2, 0]mit einer Gesamtflugzeit von 2 π .

Als ich nach Hause kam, wurde mir gesagt: "Oh, das war ein hübsches Lissajous-Schnörkel, aber wie viel Delta-V hast du in das Auto getan? "

Ich sagte „Oh, nicht viel“ und ging schnurstracks zu meinem Computer, um wieder auf Stack Exchange zuzugreifen.

Frage: Wie viel Delta-V habe ich verwendet?

  1. Wenn ich einen Beschleunigungsvektor (wie den Schubvektor; nehmen wir an, die Masse ändert sich nicht) als Funktion der Zeit F ( T ) Was ist der allgemeine integrale Ausdruck für Gesamt-Delta-v, den ich verwenden sollte?
  2. Wenn jemand meine Reise in Horizons nachschlagen und meine Zustandsvektoren bekommen würde X ( T ) Und v ( T ) und einen numerischen Integrator und Interpolator haben, was ist der allgemeine Integralausdruck für Gesamt-Delta-v, den sie verwenden sollten?

"Bonuspunkte" für die Aufnahme eines Python-Skripts in Ihre Antwort

verschnörkelte Flugbahn verschnörkelte Flugbahn

3D-Plot der Position (Rückkehr zum Ursprung) und Plots der Geschwindigkeitskomponenten

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from scipy.integrate import odeint as ODEint

def deriv(X, t):
    x, v = X.reshape(2, -1)
    ax = np.cos(10*t)
    ay = np.sin(5*t)
    az = np.cos(2* t)
    return np.hstack((v, [ax, ay, az])) 

times = np.linspace(0, 2*np.pi, 1001)

X0 = np.hstack(([-0.01, 0, -0.05], [0, -0.2, 0]))

answer, info = ODEint(deriv, X0, times, full_output=True)

xyz, vxyz = answer.T.reshape(2, 3, -1)

fig = plt.figure()
ax  = fig.add_subplot(1, 1, 1, projection='3d', proj_type = 'ortho')
x, y, z = xyz
ax.plot(x, y, z)
ax.plot(x[:1], y[:1], z[:1], 'ok')
ax.plot(x[-1:], y[-1:], z[-1:], 'or')
plt.show()

for thing in vxyz:
    plt.plot(thing)
plt.show()
Das fühlt sich eher nach Code-Golf als nach einer echten Raumfrage an ... bestenfalls ist es eine mathematische Frage zu grundlegenden Berechnungen. Ich finde jedenfalls, dass es hier nicht passt. Das ist wie eine Hausaufgabe geschrieben. Dies ist Q&A, nicht Mechanical Turk.
@J ... soweit ich weiß, ist das Konzept von "Delta-v" spezifisch für die Raumfahrt. Wenn Sie etwas anderes zeigen können, würde ich es gerne herausfinden.
Das ist nicht der Punkt.
Das ist genau der Punkt. "ist wie eine Hausaufgabe geschrieben" bedeutet nur, dass es stilisiert ist. Nachdem man hier über 2001 Fragen geschrieben hat, muss man etwas durcheinander kommen, um frisch zu bleiben :-)
@J... Wenn eine Frage zu groß oder zu kompliziert ist, um in einen SE-Fragenbeitrag zu passen, teilen wir sie in kleinere beantwortbare Teile auf. Ich fühle mich derzeit immer noch unwohl mit dieser handwinkenden Antwort unter Verwendung einer unerklärten und nicht beschafften Gleichung, also habe ich diese Frage zuerst gestellt , damit die Gleichung eine Grundlage haben könnte. Als nächstes habe ich dieses Diagramm erstellt , um darüber nachzudenken, Delta-V nach dem Start für Deep-Space-Raumfahrzeuge unter Verwendung seiner Zustandsvektoren zu extrahieren.
@J ... Sobald wir eine Grundlage dafür geschaffen haben, müssen wir uns mit realen Gravitationsgradientenpotenzialen befassen. Das alles geht auf diese Frage zurück , als ich zum ersten Mal versuchte, Antriebsmanöver von Zustandsvektoren zu unterscheiden. Vielleicht können wir alle zusammen endlich eine Antwort auf diese alte Frage bekommen , die einer der Punkte auf meiner Eimerliste ist, zusammen mit dem Umstülpen einer Kugel .
Du versuchst zu rennen, bevor du laufen kannst. Diese Frage ist noch Off-Topic.
Kaum, dieser stetige, methodische Ansatz zur Problemlösung ist „ beispielhaft “ für Gradatim Ferociter und „Wie berechnet man Delta-V?“. war schon immer ein Thema in Space Exploration SE und wird es immer sein.

Antworten (1)

Als Δ v nur eine Geschwindigkeitsänderung ist, können wir einfach die Norm der Beschleunigungsfunktion über die Zeit integrieren:

Δ v = | A ( T ) | D T

Sie haben jedoch Pech, eine geschlossene Form dieses Integrals zu erhalten.

Was analytische Lösungen betrifft, können wir das bei feststellen T = π 2 , alle A X , A j Und A z ausgereizt sind, und daher Δ v < 2 π 3 .

In ähnlicher Weise wird die Beschleunigung zu jeder Zeit größer oder gleich einer der Komponenten sein, und da es sich um trigonometrische Funktionen handelt, sind ihre Integrale trivial.

4 < Δ v < 2 π 3

Ich kann nicht sehen, dass von hier aus viel mehr dahinter steckt, als nur die Beschleunigungsfunktion in einen numerischen Integrator zu stecken. Es ist eine sanfte Kurve, also sind sie gut darin.

Integral(sqrt(cos(10*x)^2 + sin(5*x)^2 + cos(2*x)^2),0,2*pi)
-> 7.5279

Oder, nach der Definition der Beschleunigung, wenn Sie Geschwindigkeitsdaten haben:

Δ v = | D v D T | D T

Wenn Sie tabellarische Daten haben und sich nicht um Interpolation kümmern, ist das einfach:

Δ v = | D v |

Das summiert nur alle Geschwindigkeitsunterschiede zwischen den diskreten Datenpunkten.

Gute Antwort. Die analytische Lösung des Linienintegrals scheint ein elliptisches Integral zu sein, ist das richtig?