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编程模拟飞船加速变轨过程-物理基础篇(1)中心引力运动

因程序开发需要,笔者负责实现如题所示的工作,而网上又找不到教程,所以就发一个系列贴来记录学习过程,也方便后来人参考学习。

注意,字母上方有点点儿的表示对它的微分,点点儿比较小,请瞪大眼睛,嘻嘻

本文知识学习自《航天器飞行动力学建模理论与方法》北京航空航天大学出版社,赵师育 师鹏著,在此声明并鸣谢

中心引力运动·正文开始

本节研究的是质点P在固定点O的引力作用下,绕O点运动的过程分析。希望在已知O点坐标、P点质量m、初始径矢这些初始条件的前提下,能够表示任意时刻质点P的位置。有因为极坐标可以更好地表述曲线运动过程,因而最终的表达式表示的是转过任意角度时,P对O的径矢。

运动的微分方程

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运动方程

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因作用在P上的力只有中心引力,且该力始终指向O点,因此该力对O的矩为零,即

编程模拟飞船加速变轨过程-物理基础篇(1)中心引力运动
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径向速度

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,横向速度大小由公式

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得到,θ很小时后项可看作0。于是有

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上式的推导可将r看作θ的函数,将几项分别求导:

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注:为什么没有sin项?将上式看作y''+y=A,求出y''=-y的通解再加上A,有y=C1sin(x+C2)+A而不是用解二阶常系数微分方程的通用方法结合欧拉公式解得的(虽然理论上两式等价)

其中e和ω是两个积分常数,所以就有

编程模拟飞船加速变轨过程-物理基础篇(1)中心引力运动

上式就是我们想要的r-ω关系。参数说明:e叫偏心率,p叫半通径,定义可自行百度;根据e与1的大小关系,轨迹形状可分为椭圆,抛物线,双曲线。

wps敲公式真累啊QAQ