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普通的轨道力学5——飞行方向角

2023-08-10 19:33 作者:InorganicSoyuz  | 我要投稿

老规矩,5条原则不要忘了

今天带来的是很简单但很加关键的一个部分:飞行方向角。

首先,这两个的物理意义很简单。飞行方向角表示轨道上某一时刻物体的速度矢量与位置矢量的夹角,记为%CE%B3。即:

%5Ccos%5Cgamma%3D%5Cfrac%7B%5Cvec%7Bv%7D%5Ccdot%5Cvec%7Br%7D%7D%7Bvr%7D

其几何意义如下:

飞行方向角

令角动量为h,半通径为p,那么根据飞行路径角的定义,可以写出:

p%3D%5Cfrac%7Bh%5E2%7D%7BGM%7D%3D%5Cfrac%7Bv%5E2r%5E2%5Csin%5E2%5Cgamma%7D%7BGM%7D

整理得到:

%5Csin%5Cgamma%3D%5Csqrt%7B%5Cfrac%7BGMp%7D%7Bv%5E2r%5E2%7D%7D%3D%5Csqrt%7B%5Cfrac%7Ba%5E2(1-e%5E2)%7D%7Bar-r%5E2%7D%7D%3D%5Cfrac%7BGM%7D%7Bhv%7D(1%2Be%5Ccos%5Cvarphi)

同样,我们可以得到:

%5Ccos%5Cgamma%3D%5Cfrac%7BGM%7D%7Bhv%7De%5Csin%5Cvarphi

%5Ccot%5Cgamma%3D%5Cfrac%7Be%5Csin%5Cvarphi%7D%7B1%2Be%5Ccos%5Cvarphi%7D%3D%5Cfrac%7Br%7D%7Bp%7De%5Csin%5Cvarphi

这些公式有什么用呢?

举个例子。给定一个轨道的某个位置φ,求其径向速度v_r和轨道角速度。

先说明一下,轨道角速度的意思是真近点角关于时间的一阶导,也就是%5Cfrac%7Bd%5Cvarphi%7D%7Bdt%7D

根据飞行方向角的定义,可以得到:

v_r%3Dv%5Ccos%5Cgamma

对v和cosγ展开:

v_r%3D%5Cfrac%7BGM%7D%7Bh%7De%5Csin%5Cvarphi

对于轨道角速度,圆周运动的部分公式仍然成立:

v_r'%3Dr%5Cfrac%7Bd%5Cvarphi%7D%7Bdt%7D%2C%0A%5Cfrac%7Bd%5Cvarphi%7D%7Bdt%7D%3D%5Cfrac%7Bv_r'%7D%7Br%7D

根据飞行方向角的定义得到:

v_r'%3Dv%5Csin%5Cgamma%3D%5Cfrac%7BGMp%7D%7Bhr%7D%3D%5Csqrt%7B%5Cfrac%7BGMp%7D%7Br%5E2%7D%7D

因此:

%5Cfrac%7Bd%5Cvarphi%7D%7Bdt%7D%3D%5Csqrt%7B%5Cfrac%7BGMp%7D%7Br%5E4%7D%7D%3D%5Csqrt%7B%5Cfrac%7BGM%7D%7Bp%5E3%7D%7D(1%2Be%5Ccos%5Cvarphi)%5E2

因此,我们得到一个结论:轨道角速度也是真近点角的函数。

(这篇很短,东西也不多,但是相当重要。这篇里面的内容会牵扯到轨道力学中的很多东西,尤其是对于引力弹弓。)

马上,就是整个系列第一部分的最后两篇了,全部是引力弹弓相关。





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