基于Krylov子空间法的柔性航天器降阶研究

带大型柔性附件的复杂航天器,其弹性变形通常用有限单元法描述.由于有限元节点坐标数目庞大将会给动力学方程求解和控制策略的实现带来巨大负担,因此对柔性太阳电池阵的动力学模型降阶进行研究.利用单向递推组集推导带太阳电池阵的航天器的刚柔耦合动力学方程,分别采用模态截断法、模态价值分析法和Krylov子空间法对太阳电池阵进行模型降阶,比较不同降阶模型和全有限元模型的动力学仿真结果.仿真结果表明,无论是否考虑大范围运动的影响,采用Krylov方法只需要较低的自由度就可以得到和采用有限元方法完全一致的结果.说明Krylov方法能够有效地降低航天器柔性附件的自由度,提高动力学仿真的效率,便于驱动控制的实现.     

多刚体卫星转动惯量在轨辨识

惯量辨识需要精确的动力学特性,针对动力学特性不可忽略太阳电池阵转动这一状况,提出一种惯量辨识方法,用于卫星本体惯量和太阳电池阵惯量的联合辨识.在建立多刚体姿态动力学基础上,针对辨识变量的耦合特性,推导带约束的优化辨识模型,再利用约束最小二乘算法求解.最后通过仿真计算验证了辨识方法的可行性.     

卫星太阳电池阵的刚-柔耦合动力学

研究了卫星太阳电池阵在多点撞击过程中的刚-柔耦合动力学问题．基于Jourdain速度变分原理和单向递推组集方法，建立了柔性多体系统的动力学模型．用Hertz撞击法则建立了撞击力和撞击处的局部变形关系，分别用刚体模型和柔性体模型仿真计算了太阳电池阵的撞击力、撞击时间，揭示了变形运动和大范围运动的相互耦合作用．     

极月轨道上太阳电池阵外热流规律分析

准确的月球表面温度分布模型对于开展月球探测具有重要意义. 目前有关月球表面温 度模型还缺乏对完整月球表面温度分布的计算方法研究. 本文建立了一套计算完整月球表面温度的方法, 其中月球阳面温度采用Racca模型直接计算得到; 对于月球阴面, 将其沿纬度方向划分为若干区域, 每个区域的地表土壤采用一维非稳态热传导模型, 根据嫦娥三号着陆器太阳电池阵在轨环月阶段的温度数据, 修正得到月球表面土壤导热系数、密度及比热容, 通过数值计算求解一维非稳态热传导方程, 得出任意时刻月球阴面表面温度随时间的变化. 嫦娥三号着陆器太阳电池阵环月阶段热分析结果与在轨温度符合较好, 初步说明本文建立的完整月球表面温度计算方法正确可行. 基于本文方法计算得到整个月球表面温度分布, 进一步研究了极月轨道太阳电池阵外热流变化规律.      

一种航天器太阳电池阵供电能力计算方法

太阳电池阵为航天器提供能源,在型号研制和在轨运营过程中需对其供电能力进行计算,为此提出了一种航天器太阳电池阵供电能力的计算方法。首先,利用太阳电池片的地面测试数据得到标准测试条件(STC)下的电池片伏安模型,并利用电池片在轨等效光强和温度修正电池片伏安模型的光生电流、串联电阻和并联电阻等参数,得到电池片在轨伏安模型,然后,根据基尔霍夫定律推导出电池阵中电池片工作电压、电流以及旁路二极管和隔离二极管的输出情况,从而得到太阳电池阵的伏安模型。仿真结果表明,本文方法可以精确计算航天器在任意光强、温度和遮挡下的太阳电池阵伏安模型,可以精确分析旁路二极管和隔离二极管对太阳电池阵供电能力的影响,较已有方法计算精度提高20%。     

太阳电池阵极月轨道在轨热分析

以极月轨道上太阳电池阵作为研究对象,详细分析了该轨道上电池阵所得各外热流的确定方法.以此为基础,对太阳电池阵进行在轨温度数值模拟,得到月球轨道上电池阵所得外热流以及温度的周期分布.计算结果与地球卫星的相应数据进行比较,明确了月球轨道上电池阵所得外热流以及温度的周期分布特点,为月球卫星上太阳电池阵以及整个卫星的设计提供了有利的数据参考.      

作大范围运动刚柔混合体的动力学建模与仿真

考虑耦合效应的柔性空间结构耦合动力学研究在航空航天领域具有重要的应用价值.用有限元法对柔性结构进行离散化处理,得到了柔性结构的模态阵.以模态展开方法以及Kane方程为理论基础,建立了作大范围运动刚柔混合体的动力学模型,并通过Matlab软件编写程序进行求解.为了检验该动力学模型及其程序的正确性,将Matlab仿真结果与商用软件仿真结果进行对照,进而验证了该仿真的正确性.本研究解决了中心刚体加柔性附件这一类航天器的动力学仿真问题.      

基于Lagrange方法的失重人体建模与仿真

阐述了利用多刚体系统动力学进行航天员舱外活动仿真EVA(Extra Vehicular Activity)的必要性.给出了应用计算多刚体系统动力学建立的通用失重人体4关节反向运动学与反向动力学模型.选取典型的实例,在对其进行适当简化的基础上,运用通用模型对其进行仿真计算,计算时为考虑失重对人体质量、惯量与力量等参数的影响,对通用模型进行了修正.利用能量比较法对结果进行分析,得出当手部的运动轨迹半径与角速度减小、时间延长,髋关节做前驱运动时航天员工作最为节省能量.通过能量比较法计算得到了人体运动时各关节作功最为节省能量的范围.计算方法对航天员舱内外活动仿真及工效分析有一定的参考价值.      

载人航天器体装太阳电池阵有效发电面积计算方法

航天器的发电能力与太阳电池阵有效发电面积成正比。针对圆柱形载人航天器,提出了一种体装太阳电池阵有效发电面积计算方法。首先,将太阳电池阵沿圆周方向划分为多个子阵,通过坐标变换,计算太阳矢量与每个子阵法线的夹角（即太阳入射角）;然后,将每个子阵面积与对应太阳入射角的余弦相乘并求和,得到体装太阳电池阵的有效发电面积。对不同轨道日照角、不同飞行姿态下体装太阳电池阵有效发电面积进行仿真分析,仿真结果表明:三轴对地姿态下平均有效发电面积为安装面积的25%~32%,通过固定角度偏航可将有效发电面积提高至安装面积的30%~44%。      

脉冲等离子体推力器放电电离二维PIC建模与仿真

摘要： 针对脉冲等离子体推力器（PPT）的放电过程,利用粒子网格 蒙特卡洛（PIC MCC）方法建立仿真计算模型.以LES 6 PPT为例,加入电离碰撞进行电离仿真.通过粒子运动碰撞与电磁场耦合仿真计算得到电流与电路总电阻的变化规律,揭示了PPT放电过程中等离子体密度分布情况.通过对比不加入粒子预分布与加入粒子预分布的两种条件下的计算结果,得到了加入粒子预分布使带电粒子密度计算结果更接近实验结果的结论.根据PPT的工作过程,在放电之前推力器内存在等离子体,所以在仿真研究中应进行粒子的预分布.文中的研究方法对PPT的粒子方法模拟具有一定的参考意义.     

火星尘埃对太阳电池阵的影响与电帘除尘研究

火星表面大量尘埃在太阳电池阵表面的累积将会导致其输出功率下降,甚至使太阳电池阵功能失效。近年来,电帘除尘方法被认为是在火星着陆任务中进行尘埃防护最有效的手段之一。本文开展了火星尘埃累积对三结砷化镓太阳电池性能影响的实验研究,得到了火星尘埃累积量与太阳电池电压、电流和相对输出功率数值模型;通过除尘技术分析,确定电帘除尘装置构型;依据制备得到的除尘电帘,对不同火星尘埃累积下电帘的除尘效率进行了研究,为火星着陆太阳电池阵遥测数据分析和开发自适应除尘太阳电池阵提供有力的技术支持。     

低轨道航天器高电压太阳电池阵电流泄漏效应分析计算

在一种简化的太阳电池阵结构模型基础上, 利用太阳电池阵电流收集经验模式,基于电流平衡, 建立了一种计算低轨道航天器高电压太阳电池阵在等离子体环境中电流泄漏的方法. 利用该方法, 对高电压太阳电池阵电流泄漏效应与低轨道等离子体环境、电池阵电压、电池阵裸露金属面积的关系进行了分析计算.结果表明, 随着轨道高度增加, 电流泄漏引起的电池阵功率损失迅速下降, 影响最严重的区域为电离层等离子体密度最高的300～400 km高度的轨道区域; 电流泄漏引起的功率损失与太阳电池阵电压呈指数关系, 电压越高功率损失越大; 200 V以下的电池阵功率损耗较小, 远低于电源系统总功率的1%;电流泄漏与太阳电池阵裸露金属导体的表面积呈正比关系, 因此, 通过减少太阳电池阵裸露面积, 可以降低电流泄漏的影响.      

太阳帆板展开期间卫星动力学数字模拟

<正> 一、引言由于运载工具头部的尺寸限制及发射期间的恶劣力学环境,卫星的太阳帆板在发射阶段一般呈收拢状态,直到卫星和运载火箭分离并进入自由飞行轨道后,帆板才展开成伸张状态,以便达到尽可能大的阳光收集面积。尽管展开过程持续时间不长,但帆板展开动作必然会影响卫星的姿态。特别是左右翼反对称展开引起的卫星姿态扰动可能更大。由于地面条件     

太阳电池阵列模拟器计量测试方法研究

对太阳电池阵列模拟器(SAS)的设计原理和技术要求进行了分析,并根据分析结果对太阳电池阵列模拟器计量测试方法进行了研究。     

飞行器太阳能源计算方法

介绍了空间飞行器典型电源系统组成,通过对影响太阳能源输出的各项参数因素分析,提出了空间飞行器太阳能源计算方法,该方法包括由功率计算所需太阳阵面积的公式和由太阳阵面积计算输出功率的公式,达到了准确计算太阳能源的效果,解决了以往空间飞行器太阳能源估算误差大,在总体回路设计中电源参数难以闭环的问题。     

一种帆板驱动机构用永磁同步电机微步控制方法

根据磁场定向矢量控制原理,提出一种永磁同步电机微步驱动控制策略.通过保持定子电流矢量幅值不变并均匀改变定子电流矢量的位置,获得大小不变位置均匀变化的定子磁势,从而实现太阳帆板的对日定向.试验结果表明采用所提出的微步驱动控制方法实现了太阳帆板模拟负载的驱动性能,并得出设计过程中应综合考虑整机效率和帆板驱动速度稳定度因素来选取转矩电流给定的结论,也进一步证明了控制方法的有效性,可用于工程实际.     

基于优化的羽流撞击消旋技术瞄准策略设计

针对自由翻滚目标卫星的消旋问题,使用化学推力器羽流撞击的方式进行消旋具有较高的可行性和安全性。当目标太阳翼法线与星本体自旋轴存在一定夹角时,需要对消旋推力器的瞄准策略进行设计,以提高控制精度和系统效率。目前国内外对于一般情况下瞄准策略的设计仍存在空白。基于参数化羽流撞击模型,对空间目标的动力学特性进行分析并给出典型工况,分析了羽流撞击力对相对位置姿态的敏感性,得到了瞄准策略设计的一般性准则,在此基础上设计了瞄准策略优化模型的完整表达。仿真计算表明,该瞄准策略适用于太阳翼法向相对期望消旋力矩方向存在一定夹角的情况,并且在保证力矩幅值较大的条件下令精度达到10°以内。该方法适用于太阳翼相对自旋轴倾斜和存在章动运动的目标卫星,从而为服务平台控制系统设计提供支持。