本發(fā)明涉及飛行器飛行安全控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用物資消耗模型推演驗(yàn)證配平結(jié)果的方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)飛行器發(fā)射、飛行和入軌時，它的質(zhì)量和質(zhì)心坐標(biāo)將很大程度上影響其飛行安全，同時上述參數(shù)對于降低燃料消耗、提高姿態(tài)軌道控制精度具有重要作用，尤其是飛行器在上行前和下行前都需要計算它的質(zhì)量和質(zhì)心坐標(biāo)，驗(yàn)證其是否滿足要求飛行要求。

由于工作人員在飛行器內(nèi)的科研活動需要消耗大量物資，進(jìn)而飛行器整體質(zhì)量和某個局部空間都產(chǎn)生變化，飛行器整體質(zhì)量和質(zhì)心也會產(chǎn)生變化，導(dǎo)致飛行器偏離飛行軌道的可能，因此上述工作環(huán)境對飛行器的姿態(tài)調(diào)整和軌道調(diào)整都將產(chǎn)生重要影響。具有人員居住或活動的飛行器質(zhì)量和質(zhì)心變化特點(diǎn)包括：①飛行器內(nèi)物資消耗導(dǎo)致飛行器局部空間內(nèi)物資質(zhì)量變化，從而影響飛行器質(zhì)心變化；②飛行器的質(zhì)量和質(zhì)心變化是離散的；③工作人員每天消耗物資的質(zhì)量相對于飛行器的質(zhì)量微乎其微，飛行器質(zhì)心的變化可以近似為連續(xù)的；④消耗品類物資將對飛行器質(zhì)量和質(zhì)心變化產(chǎn)生至關(guān)重要影響；⑤飛行器整體質(zhì)量變化具有一定周期性，且質(zhì)心變化與質(zhì)量變化和物資所在位置具有一定相關(guān)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用物資消耗模型推演驗(yàn)證配平結(jié)果的方法。

本發(fā)明通過構(gòu)建近似線性消耗模型，分析飛行器內(nèi)物資消耗量在一定周期內(nèi)呈現(xiàn)近似水平直線，即滿足近似均勻分布，利用近似線性消耗模型推演得到整個飛行器X軸質(zhì)心、Y軸質(zhì)心和Z軸質(zhì)心變化斜率是關(guān)于某個貨格分別與質(zhì)心軸方向、質(zhì)心軸方向和軸方向質(zhì)心近似線性函數(shù)，從而提出一種應(yīng)用物資消耗模型推演驗(yàn)證配平結(jié)果的方法，提供配平結(jié)果的可靠性。

為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種應(yīng)用物資消耗模型推演驗(yàn)證配平結(jié)果的方法，所述的方法包括以下步驟：

步驟一、構(gòu)建近似線性消耗模型；

步驟二、分析飛行器內(nèi)物資消耗量在一定周期內(nèi)呈現(xiàn)近似水平直線；

步驟三、利用近似線性消耗模型推演得到整個飛行器X軸質(zhì)心、Y軸質(zhì)心和Z軸質(zhì)心變化斜率是關(guān)于某個貨格分別與質(zhì)心軸方向、質(zhì)心軸方向和軸方向質(zhì)心近似線性函數(shù)；

步驟四、確定飛行器質(zhì)心調(diào)整采用周期性方式制定任務(wù)計劃。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述步驟一包括：確定影響飛行器質(zhì)量和質(zhì)心變化來自于工作人員對食品或水物資消耗，且一個單位周期內(nèi)消耗物資量近似為常值。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述步驟二包括：設(shè)飛行器內(nèi)由n名工作人員，規(guī)定一個周期為一天，且所有工作人員的集合為U＝{1,2,...,n}。每天消耗的物資質(zhì)量分別為m_i，i∈U，因此飛行器內(nèi)每天消耗的物資總質(zhì)量近似為∑_i∈U m_i。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述步驟三中推演過程包括：

步驟1，設(shè)定飛行器內(nèi)貨物存儲以貨格為最小存儲單元；

步驟2，每個貨格在飛行器都有唯一的三維立體坐標(biāo)，其中貨格坐標(biāo)值定義

為貨格的幾何中心到飛行器中軸線的距離，且貨格坐標(biāo)是具有方向的；

步驟3，設(shè)飛行器在未裝貨物之前的質(zhì)量特性為m₀,(x₀,y₀,z₀)，其中m₀為初始質(zhì)量，(x₀,y₀,z₀)為初始質(zhì)心坐標(biāo)；

步驟4，設(shè)整個飛行器有N個貨格，每個貨格對應(yīng)的質(zhì)量和質(zhì)心分別為m_i,(x_i,y_i,z_i),i∈{1,...,N}；

步驟5，設(shè)第i個貨格內(nèi)的貨物密度函數(shù)是ρ_i(x,y,z)，向量坐標(biāo)為r_i，區(qū)域表示為D_i，因此該貨格的質(zhì)心坐標(biāo)M_i(x,y,z)，表示為：

整個飛行器的X質(zhì)心坐標(biāo)、Y質(zhì)心坐標(biāo)、Z質(zhì)心坐標(biāo)近似公式分別為：

X＝(m₀x₀+∑_{i∈{1,...,N}}m_ix_i)/(m₀+∑_{i∈{1,...,N}}m_i) (2)

Y＝(m₀y₀+∑_{i∈{1,...,N}}m_iy_i)/(m₀+∑_{i∈{1,...,N}}m_i) (3)

Z＝(m₀z₀+∑_{i∈{1,...,N}}m_iz_i)/(m₀+∑_{i∈{1,...,N}}m_i) (4)

如果貨格i的質(zhì)量發(fā)生變化，則其密度也產(chǎn)生變化，進(jìn)而質(zhì)心發(fā)生變化，那么貨格質(zhì)心計算公式為：

步驟6，設(shè)集合P_*＝{1,...,i-1,i+1,...N}，P＝{1,...,N}，其中P_*表示除了貨格i以外的貨格集合，P表示包括所有貨格集合；由于飛行器內(nèi)每天消耗的物資質(zhì)量呈現(xiàn)近似水平直線，當(dāng)?shù)趇個貨格減少δ_i，則變化后整個飛行器的質(zhì)心坐標(biāo)分別為：

對于此次飛行器質(zhì)心參數(shù)的變化計算，質(zhì)量和初始質(zhì)心坐標(biāo)為常量，因此對變化后的質(zhì)心坐標(biāo)X_*、質(zhì)心坐標(biāo)Y_*和質(zhì)心坐標(biāo)Z_*分別求導(dǎo)數(shù)，令M＝m₀+∑_j∈Pm_j且其中自變量為δ_i且質(zhì)量為近似連續(xù)變化的，那么對X_*求導(dǎo)可得：

當(dāng)?shù)趇個貨格的質(zhì)量變化趨于零時，也即貨格質(zhì)量變化相對于飛行器質(zhì)量忽略不計時，則有

由公式(10)得出，整個飛行器X軸質(zhì)心變化斜率是關(guān)于貨格i的質(zhì)心的線性函數(shù)；得知貨格變化對整個飛行器質(zhì)心的影響呈近似線性關(guān)系，設(shè)第i個貨格的X軸質(zhì)心為x_i，整個飛行器質(zhì)心變化函數(shù)F(x_i)，得知整個飛行器Y軸質(zhì)心和Z軸質(zhì)心變化斜率是關(guān)于某個貨格質(zhì)心y軸方向和z軸方向質(zhì)心的近似線性函數(shù)。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述步驟四包括：通過調(diào)整相關(guān)貨格的質(zhì)量，使得飛行器再次滿足質(zhì)心安全條件，然后將任務(wù)計劃通知工作人員，工作人員按照預(yù)定次序完成貨格內(nèi)物資的調(diào)整，使得已經(jīng)偏離質(zhì)量的飛行器，再次將整個飛行器的質(zhì)心值矯正到安全飛行范圍。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例的有益效果之一是：本發(fā)明通過構(gòu)建近似線性消耗模型，分析飛行器內(nèi)物資消耗量在一定周期內(nèi)呈現(xiàn)近似水平直線，即滿足近似均勻分布，利用近似線性消耗模型推演得到整個飛行器X軸質(zhì)心、Y軸質(zhì)心和Z軸質(zhì)心變化斜率是關(guān)于某個貨格分別與質(zhì)心x軸方向、質(zhì)心y軸方向和z軸方向質(zhì)心近似線性函數(shù)，從而提出一種應(yīng)用物資消耗模型推演驗(yàn)證配平結(jié)果的方法，提供配平結(jié)果的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實(shí)施例中一個周期內(nèi)物資消耗量折線示意圖。

圖2為本發(fā)明一個實(shí)施例中飛行器內(nèi)貨物存儲排列示意圖。

圖3為本發(fā)明一個實(shí)施例中貨格質(zhì)心變化與整個飛行質(zhì)心變化關(guān)系折線示意圖。

具體實(shí)施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

由于飛行器內(nèi)物資的大量消耗，導(dǎo)致其質(zhì)量和質(zhì)心發(fā)生變化，影響其飛行安全，如果飛行器質(zhì)心變化是可控的，對降低燃料消耗、提高姿態(tài)軌道控制精度具有重要作用。本實(shí)施例公開一種應(yīng)用物資消耗模型推演驗(yàn)證配平結(jié)果的方法，通過構(gòu)建近似線性消耗模型，分析飛行器內(nèi)物資消耗量在一定周期內(nèi)呈現(xiàn)近似水平直線，即滿足近似均勻分布，利用近似線性消耗模型推演得到整個飛行器X軸質(zhì)心、Y軸質(zhì)心和Z軸質(zhì)心變化斜率是關(guān)于某個貨格分別與質(zhì)心x軸方向、質(zhì)心y軸方向和z軸方向質(zhì)心近似線性函數(shù)，從而提出一種應(yīng)用物資消耗模型推演驗(yàn)證配平結(jié)果的方法，提供配平結(jié)果的可靠性。

具體的，本實(shí)施例應(yīng)用物資消耗模型推演驗(yàn)證配平結(jié)果的方法包括以下步驟：

步驟一、構(gòu)建近似線性消耗模型

影響飛行器的質(zhì)量和質(zhì)心變化的因素主要來自飛行器內(nèi)物資變化情況，包括：物資消耗減少、新生物資增加或物資位置搬移，即局部空間的質(zhì)量變化導(dǎo)致整個飛行器的質(zhì)心發(fā)生變化，下面將著重分析影響情況。

消耗物資主要包括食品、水和衣物等物資。食品和水被工作人員消耗之后，導(dǎo)致飛行器內(nèi)局部空間質(zhì)量隨著減少；而衣物類消耗是將使用后的舊衣物放到指定的廢棄物存儲空間，因此質(zhì)量并沒有產(chǎn)生變化。消耗類物資質(zhì)量的變化在一定周期內(nèi)是呈現(xiàn)近似一個常值。

飛行器內(nèi)新生成物資主要包括兩類部分，一是工作人員每天產(chǎn)生的排泄物等，這些廢棄物將放置指定位置；二是空間實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的新物資，它也會存儲到飛行器內(nèi)指定位置。人體每天產(chǎn)生的排泄物量可以近似為一個常值，而空間實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的新物資盡管帶有一定的隨機(jī)性，但它變化對飛行器的質(zhì)心變化影響微乎其微。

物資位置搬移一般指對工具、維修配件的移動。當(dāng)工作完成之后，工具都需要放回原來位置，維修配件替換原來舊的配件之后，舊配件也要放回到原來位置，因此物資位置移動對整個飛行器的質(zhì)量和質(zhì)心的變化都沒有影響。

綜上分析，影響飛行器質(zhì)量和質(zhì)心變化的主要來自于工作人員對食品或水等物資消耗，且一個單位周期(一天或一周)內(nèi)消耗物資量可以近似為常值。

步驟二、分析飛行器內(nèi)物資消耗量在一定周期內(nèi)呈現(xiàn)近似水平直線；

設(shè)飛行器內(nèi)由n名工作人員，規(guī)定一個周期為一天，且所有工作人員的集合為U＝{1,2,...,n}。每天消耗的物資質(zhì)量分別為m_i，i∈U，因此飛行器內(nèi)每天消耗的物資總質(zhì)量近似為∑_i∈U m_i。因此飛行器內(nèi)工作人員在一個周期內(nèi)消耗的物資質(zhì)量近似如圖1所示。

由于飛行器每個周期內(nèi)物資消耗量相對固定，因此每個周期內(nèi)物資消耗呈現(xiàn)近似均勻分布。

步驟三、確定質(zhì)量特性變化線性關(guān)系

通常，飛行器的質(zhì)量特性包括：質(zhì)量、X軸質(zhì)心、Y軸質(zhì)心、Z軸質(zhì)心等，它們是飛行器質(zhì)量特性的關(guān)鍵參數(shù)。因此影響整個飛行器的質(zhì)量特性包括：質(zhì)量、X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)和Z軸坐標(biāo)。

其中，關(guān)于飛行器內(nèi)貨物布局結(jié)構(gòu)的確定，飛行器內(nèi)貨物存儲以貨格為最小存儲單元，每個貨格對應(yīng)不同的存儲空間坐標(biāo)，且每個存儲空間坐標(biāo)對應(yīng)的質(zhì)量變化，都將影響整個飛行器的質(zhì)心變化，飛行器內(nèi)貨格展開示意圖，如圖2所示。

每個貨格在飛行器都有它唯一的三維立體坐標(biāo)，即(x,y,z)，其中貨格坐標(biāo)值定義為貨格的幾何中心到飛行器中軸線的距離，且貨格坐標(biāo)是具有方向的。

關(guān)于飛行器質(zhì)量特性計算包括以下步驟：

step1，設(shè)飛行器在未裝貨物之前的質(zhì)量特性為m₀,(x₀,y₀,z₀)，其中m₀為初始質(zhì)量，(x₀,y₀,z₀)為初始質(zhì)心坐標(biāo)。

step 2，設(shè)整個飛行器有N個貨格，每個貨格對應(yīng)的質(zhì)量和質(zhì)心分別為m_i,(x_i,y_i,z_i),i∈{1,...,N}。

step 3，設(shè)第i個貨格內(nèi)的貨物密度函數(shù)是ρ_i(x,y,z)，向量坐標(biāo)為r_i，區(qū)域表示為D_i，因此該貨格的質(zhì)心坐標(biāo)M_i(x,y,z)，可以表示為：

整個飛行器的X質(zhì)心坐標(biāo)、Y質(zhì)心坐標(biāo)、Z質(zhì)心坐標(biāo)近似公式分別為：

X＝(m₀x₀+∑_{i∈{1,...,N}}m_ix_i)/(m₀+∑_{i∈{1,...,N}}m_i) (2)

Y＝(m₀y₀+∑_{i∈{1,...,N}}m_iy_i)/(m₀+∑_{i∈{1,...,N}}m_i) (3)

Z＝(m₀z₀+∑_{i∈{1,...,N}}m_iz_i)/(m₀+∑_i∈{1,...,N}m_i) (4)

如果貨格i的質(zhì)量發(fā)生變化，則其密度也產(chǎn)生變化，進(jìn)而質(zhì)心發(fā)生變化，那么貨格質(zhì)心計算公式為：

Step4，設(shè)集合P_*＝{1,...,i-1,i+1,...N}，P＝{1,...,N}，其中P_*表示除了貨格i以外的貨格集合，P表示包括所有貨格集合。

由于飛行器內(nèi)每天消耗的物資質(zhì)量呈現(xiàn)近似水平直線，當(dāng)?shù)趇個貨格減少δ_i，則變化后整個飛行器的質(zhì)心坐標(biāo)分別為：

對于此次飛行器質(zhì)心參數(shù)的變化計算，質(zhì)量和初始質(zhì)心坐標(biāo)為常量。因此對變化后的質(zhì)心坐標(biāo)X_*、質(zhì)心坐標(biāo)Y_*和質(zhì)心坐標(biāo)Z_*分別求導(dǎo)數(shù)，令M＝m₀+∑_j∈Pm_j且其中自變量為δ_i且質(zhì)量為近似連續(xù)變化的，那么對X_*求導(dǎo)可得：

當(dāng)?shù)趇個貨格的質(zhì)量變化趨于零時，也即貨格質(zhì)量變化相對于飛行器質(zhì)量可以忽略不計時，則有

由公式(10)可以看出，整個飛行器X軸質(zhì)心變化斜率是關(guān)于貨格i的質(zhì)心的線性函數(shù)。可知貨格變化對整個飛行器質(zhì)心的影響呈近似線性關(guān)系，設(shè)第i個貨格的X軸質(zhì)心為x_i，整個飛行器質(zhì)心變化函數(shù)F(x_i)，貨格質(zhì)心變化與整個飛行質(zhì)心變化關(guān)系折線示意圖如圖3所示。

整個飛行器的Y軸坐標(biāo)和Z軸坐標(biāo)變化與X軸坐標(biāo)變化類似，因此整個飛行器Y軸質(zhì)心和Z軸質(zhì)心變化斜率是關(guān)于某個貨格質(zhì)心y軸方向和z軸方向質(zhì)心的近似線性函數(shù)。

步驟四、確定飛行器質(zhì)心調(diào)整采用周期性方式制定任務(wù)計劃。

由于飛行器上某個貨格的質(zhì)量變量對整個飛行器的質(zhì)心變化呈現(xiàn)近似線性函數(shù)關(guān)系，飛行器在運(yùn)行一段時間內(nèi)質(zhì)心變化是呈現(xiàn)近似線性變化。因此飛行器質(zhì)心調(diào)整采用周期性方式制定任務(wù)計劃，即通過調(diào)整相關(guān)貨格的質(zhì)量，使得飛行器“再次”滿足質(zhì)心安全條件，然后將任務(wù)計劃通知工作人員，工作人員按照一定次序完成貨格內(nèi)物資的調(diào)整，使得已經(jīng)偏離質(zhì)量的飛行器，再次整個飛行器的質(zhì)心值矯正到安全飛行范圍。

本實(shí)施例通過構(gòu)建近似線性消耗模型，分析飛行器內(nèi)物資消耗量在一定周期內(nèi)呈現(xiàn)近似水平直線，即滿足近似均勻分布，利用近似線性消耗模型推演得到整個飛行器X軸質(zhì)心、Y軸質(zhì)心和Z軸質(zhì)心變化斜率是關(guān)于某個貨格分別與質(zhì)心x軸方向、質(zhì)心y軸方向和z軸方向質(zhì)心近似線性函數(shù)，從而提出該應(yīng)用物資消耗模型推演驗(yàn)證配平結(jié)果的方法，提供配平結(jié)果的可靠性。

在本說明書中所談到的“一個實(shí)施例”、“另一個實(shí)施例”、“實(shí)施例”等，指的是結(jié)合該實(shí)施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)包括在本申請概括性描述的至少一個實(shí)施例中。在說明書中多個地方出現(xiàn)同種表述不是一定指的是同一個實(shí)施例。進(jìn)一步來說，結(jié)合任一個實(shí)施例描述一個具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)時，所要主張的是結(jié)合其他實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

盡管這里參照發(fā)明的多個解釋性實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出很多其他的修改和實(shí)施方式，這些修改和實(shí)施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內(nèi)。更具體地說，在本申請公開權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進(jìn)行多種變型和改進(jìn)。除了對組成部件和/或布局進(jìn)行的變型和改進(jìn)外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其他的用途也將是明顯的。