EKSAMEN Styring av romfartøy Fagkode: STE 6122



Like dokumenter
EKSAMEN STE 6159 Styring av romfartøy

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

KONTINUASJONSEKSAMEN STE 6159 Styring av romfartøy

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

Avdeling for teknologi Sivilingeniørstudiet RT. Løsningsforslag til eksamen i STE6122 Styring av romfartøy Fredag

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy. Kontinuasjonseksamen

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

LØSNING TIL KONTINUASJONSEKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

KONTINUASJONSEKSAMEN Tirsdag STE 6159 Styring av romfartøy Løsningsforslag

,QQOHGQLQJ 3-1/ )DJ 67( 6W\ULQJ DY URPIDUW \ / VQLQJVIRUVODJ WLO YLQJ

EKSAMENSOPPGAVE. Dato: Fredag 01. mars Tid: Kl 09:00 13:00. Administrasjonsbygget B154

UNIVERSITETET I OSLO

,QQOHGQLQJ 3-1/ )DJ 67( 6W\ULQJ DY URPIDUW \ / VQLQJVIRUVODJ WLO YLQJ

EKSAMENSOPPGAVE Njål Gulbrandsen / Ole Meyer /

Krefter, Newtons lover, dreiemoment

FYS-MEK 1110 Løsningsforslag Eksamen Vår 2014

UNIVERSITETET I OSLO

FYSMEK1110 Eksamensverksted 31. Mai 2017 (basert på eksamen 2004, 2013, 2014, 2015,)

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

Norges Informasjonstekonlogiske Høgskole

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1001

Keplers lover. Statikk og likevekt

TOM desember

AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Mekanikk 1/19/2017. Forelesning 3: Mekanikk og termodynamikk

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 1.

BACHELOR I IDRETTSVITENSKAP MED SPESIALISERING I IDRETTSBIOLOGI 2011/2013. Individuell skriftlig eksamen i IBI 225- Fysikk og målinger

KORT INTRODUKSJON TIL TENSORER

EKSAMEN I TFY4145 MEKANISK FYSIKK OG FY1001 MEKANISK FYSIKK

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 3: Mekanikk, termodynamikk og elektromagnetisme

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2008

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, rom B154 2 ark med egne notater (4 sider) Godkjent kalkulator Rottman. Matematisk formelsamling

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110/Fys-mef1110 høsten 2007

EKSAMEN RF3100 Matematikk og fysikk

Universitetet i Agder Fakultet for helse- og idrettsvitenskap EKSAMEN. Time Is)

Matematikk og fysikk RF3100

UNIVERSITETET I OSLO

Fiktive krefter. Gravitasjon og planetenes bevegelser

EKSAMENSOPPGAVE. To dobbeltsidige ark med notater. Stian Normann Anfinsen

Fiktive krefter

Løsningsforslag. Eksamen i Fys-mek1110 våren 2011

EKSAMEN 07HBINEA, 07HBINET, 07HBINDA, 07HBINDT

En periode er fra et punkt på en kurve og til der hvor kurven begynner å gjenta seg selv.

Fjæra i a) kobles sammen med massen m = 100 [kg] og et dempeledd med dempningskoeffisient b til en harmonisk oscillator.

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Oppsummert: Kap 1: Størrelser og enheter

Kinematikk i to og tre dimensjoner

Stivt legemers dynamikk

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 5.

Newtons lover i én dimensjon

Fiktive krefter. Gravitasjon og ekvivalensprinsippet

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgaver og fasit til seksjon

EKSAMENSOPPGAVE. Oppgavesettet er på 5 sider inklusiv forside Kontaktperson under eksamen: Stian Normann Anfinsen Telefon:

Løsningsforslag Fys-mek1110 V2012

FASIT UNIVERSITETET I OSLO. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

EKSAMEN I TFY4145 MEKANISK FYSIKK OG FY1001 MEKANISK FYSIKK Eksamensdato: Torsdag 11. desember 2008 Eksamenstid: 09:00-13:00

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2009

Fagnr: FIOIA I - Dato: Antall oppgaver: 2 : Antall vedlegg:

Corioliskraften. Forsøk på å forstå et eksotisk fenomen Arnt Inge Vistnes, 27. mars 2006

UNIVERSITETET I OSLO

NTNU Fakultet for lærer- og tolkeutdanning

Om flo og fjære og kunsten å veie Månen

STE 6219 Digital signalbehandling Løsningsforslag

EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

Fiktive krefter

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFY 4102 FYSIKK

EKSAMEN I EMNE SIB 6005 GEOMATIKK-1. Torsdag 25. november 1999 Tid:

AST1010 En kosmisk reise

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 8 Elektrisitet og magnetisme. 1. SI-enheten til magnetisk flukstetthet er tesla, som er ekvivalent med A. E.

EKSAMEN. Informasjon om eksamen. Emnekode og -navn: ITD37018 Anvendt Robotteknikk. Dato og tid: , 3 timer. Faglærer: Haris Jasarevic

Stivt legemers dynamikk

r+r TFY4104 Fysikk Eksamenstrening: Løsningsforslag

EKSAMENSOPPGA VE. Fagnr: FO 44JA Dato: Antall oppgaver:

Bachelor i idrettsvitenskap med spesialisering i idrettsbiologi 2014/2016. Utsatt individuell skriftlig eksamen. IBI 240- Basal biomekanikk

Repetisjon

Kompleks eksponentialform. Eulers inverse formler. Eulers formel. Polar til kartesisk. Kartesisk til polar. Det komplekse signalet

Kinematikk i to og tre dimensjoner

HØGSKOLEN I BERGEN Avdeling for Ingeniørutdanning

Fysikkolympiaden 1. runde 27. oktober 7. november 2008

Obligatorisk oppgave i fysikk våren 2002

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

AST1010 En kosmisk reise

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

UNIVERSITETET I OSLO

Kap Rotasjon av stive legemer

Litt mer om kjeglesnitt og Keplers lover om planetbanene

DEL 1 Uten hjelpemidler

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK

R1 Eksamen høsten 2009 Løsning

LØSNINGSFORSLAG. Til prøveeksamen i FY-ME Mekanikk våren 2002

Repetisjon

Transkript:

Avdeling for teknologi Sivilingeniørstudiet RT Side 1 av 5 EKSAMEN Styring av romfartøy Fagkode: STE 6122 Tid: Fredag 16.02.2001, kl: 09:00-14:00 Tillatte hjelpemidler: Godkjent programmerbar kalkulator, med tomt minne. Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Eksamen består av 5 sider (derav 1 side med formler) og 6 oppgaver. Faglærer: Førsteamanuensis, Dr.ing. Per J. Nicklasson, Tlf. 76 96 64 01 Oppgavenes vekt er angitt i prosent av total poengsum.

Side 2 av 5 ) Hva mener man med uttrykket? ) Vis at den dynamiske ligningen for avstanden mellom to legemer med masse 1 og 2 som er i relativ bevegelse i et kraftfelt beskrevet av Newton s gravitasjonslov, kan skrives som 1 2 3 ) Vis at massesenteret til systemet fra forrige spørsmål er i ro eller i rettlinjet uakselerert bevegelse. ) Hva mener man med et? Forklar hvorfor jorden kan benyttes som et inertielt referansesystem for beskrivelse av satellittbevegelser. ) Anta at en satellitt med masse 1 går i bane rundt en planet med masse 2. Vis matematisk at satellitten under gitte forutsetninger ikke påvirker planetens bevegelse. ) Forklar hva man mener med spinnet til et stivt legeme. ) Vis matematisk at absoluttverdien til spinnet til et legeme med masse 1kg (enhetsmasse) som beveger seg i en Keplarsk bane kan skrives som 2 og at 0 I formlene over er, der er avstandsvektoren fra legemet til origo i et kartesisk koordinatsystem. Sentralkraften på legemet virker langs,og angir vinkelen mellom en av aksene i koordinatsystemet og. ) Keplar s andre lov sier at radiusvektoren (langs sentralkraften) til et legeme i en Keplarsk bane sveiper over like arealer i like tidsrom. Vis matematisk at denne sammenhengen holder slik at den tidsderiverte av arealet vektoren sveiper over er proporsjonal med absoluttverdien til spinnet. ) For en elliptisk bane gjelder 1 2 2 / og 1 2. Utled et matematisk uttrykk for Keplar s 3. lov, dvs. ett uttrykk for omløpstiden til legemet i banen som funksjon av lengden til lengste halvakse i ellipsen,. Parameteren er korteste halvakse, er eksentrisiteten og er en konstant. ) Tegn en skisse og forklar hva man mener med sann anomalitet og eksentrisk anomalitet for et legeme i en elliptisk bane. Anta at 45 R, 0.3 og beregn tiden fra passering av perigeum i banen som funksjon av omløpstiden.

Side 3 av 5 ) Forklar hva man mener med. ) Anta at en ønsker å øke radien til en sirkulær satellittbane fra 1 til 2. Vis at den totale hastighetsendringen som må utføres er gitt av 1 2 hvor 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 1 2 ) Anta at for baneendringen i forrige spørsmål skal initiell radius 1 600 km økes med 200 km. Beregn massen av den nødvendige drivstoffmengden som skal til for å utføre endringen når den initielle massen til satellitten er 1 tonn og trusterne som benyttes har VS 200 s. Jordradien er H 6378.6 km, 9.81 m/s 2 og 398603.2 km 3 /s 2. ) Anta at det på en satellitt i lav jordbane virker en atmosfærisk motstand (drag) G [N]. Vis med utgangspunkt i Newton s andre lov og rakettligningen at drivstoffmassen SURS [kg] som må til for å kompensere for denne drag-kraften i en gitt tidsperiode [s]ergittsom SURS G VS ) Forklar hvilke følger en feilorientering av trusterne på en satellitt vil gi ved banekorreksjoner. ) Anta at det benyttes Eulervinkler for å beskrive orienteringen av et romfartøy relativt et banefast referansesystem. Utled rotasjonsmatrisen som transformerer vektorer fra det legemefaste koordinatsystemet til det banefaste referansesystemet når rotasjonsrekkefølgen (relativt det banefaste systemet) benyttes. ) Utled transformasjonen mellom deriverte av Eulervinkler (,, ) og legemefaste rotasjonshastigheter (,, for rotasjonsrekkefølgen. For hvilke vinkler er transformasjonen mellom (,, og (,, ) singulær? ) Ved bruk av 3 parametre for beskrivelse av orientering vil det alltid oppstå singulariteter i de kinematisk transformasjonene. Foreslå med utgangspunkt i Euler s teorem for rotasjoner og en gitt rotasjonsmatrise, en singularitetsfri beskrivelse av orientering vha. 4 parametre. Hvilke andre fordeler er det med denne måten å beskrive orientering på relativt bruk av Eulervinkler?

Side 4 av 5 (%) ) Anta at et koordinatsystem er festet til et legeme som roterer med en hastighet [, \, ] 7 relativt et inertielt system. Legemet utsettes for et eksternt moment [, \, ] 7. Begge vektorene er dekomponert i det legemefaste systemet. Utrykk spinnvektoren til legemet som funksjon av hovedtreghetsmomenter og vinkelhastigheter. Utled deretter de dynamiske ligningene for rotasjonsbevegelsen til legemet, dvs. uttrykk for vinkelakselerasjonene. ) Anta at et koordinatsystem er festet til et legeme med en vilkårlig orientering relativt hovedtreghetsaksene. En ønsker å reorientere koordinataksene slik at de nye aksene sammenfaller med hovedtreghetsaksene. Treghetsmatrisen for legemet er opprinnelig beregnet til å være 10 0 0 0 15 5 0 5 20 Nms 2 Beregn rotasjonmatrisen som roterer en vektor fra det originale koordinatsystemet til det nye systemet. Angi hvilke vinkler og akser det originale systemet må roteres om for å falle sammen med hovedtreghetsaksene. ( %) De lineariserte bevegelsesligningene for en gravitasjonsstabilisert satellitt i sirkulær bane rundt jorden er gitt på generell form som: G[ F[ [ 4 0 2 \ ] 0 \ ] [ Z[ 0 Z] Z\0 0 Z\0 G\ F\ \ 3 0 2 [ ] Z\ G] F] ] 0 ] [ \ 0 2 \ [ Z] 0 Z[ Z\0 0 Z\0 ) Under hvilke forutsetninger er denne matematiske modellen en god approksimasjon av dynamikken til det virkelige systemet? ) Anta at det ikke benyttes dempemekanismer eller aktive regulatorer. Utled et kriterium for stabilitet av rotasjonen om % aksen. ) Hvordan vil et sprang i forstyrrelsen G\ påvirke. Begrunn svaret med utregninger. ) Anta at det benyttes reaksjonshjul i alle tre aksene for å styre systemet. Vis at ved et hensiktsmessig valg av regulator blir det stasjonære avviket i lik null selv ved et sprang i forstyrrelsen G\. ) Anta at det istedenfor reaksjonshjul benyttes 3 magnetspoler for å dempe ut oscillasjonene som kan oppstå. Pådraget er strømmen i spolene [, \, ], og alle spolene har samme tversnittsareal og antall vindinger. Vis at det ikke alltid er mulig å stabilisere orienteringen av alle tre aksene samtidig vha. magnetspoler, og foreslå deretter en løsning på dette problemet.

Side 5 av 5 Formelsamling Totalenergi for enhetsmasse: 2 /2 / /2 Rakettligningen: " 9/ŸJ, VS I L e Arealet av en ellipse: Inverst kvadratisk kraftfelt: Keplar s tidsligning: 1 2 / 3 S 2/ sin Sann og eksentrisk anomali: cos cos/1 cos,sin sin 1 2 /1 cos Differansen av to vinkler: sin sin cos cossin Tilnærming: e [ 1 for små Vektoridentitet: Laplace-transformasjonen L L 0 L 2 0 0 L "1 1/ Q Q"1 / 1!, ( 1,2,3,... L "1 1/ Q Q"1 DW / 1!, ( 1,2,3,... L "1 1/ 2 2 1/ sin L "1 1/ 2 2 1/ DW sin L "1 / 2 2 cos L "1 1/ 3 2 1/ 2 1 cos L "1 1/ 4 2 2 1/ 3 sin