大气层内高超声速机动飞行器液体推进剂管理

为满足大气层内高超声速机动飞行器对液体推进剂管理提出的新要求，在分析常规和高超声速机动飞行特点的基础上，讨论了重力场中推进剂的连续输送和位移控制等特点，并分析了美国高超声速飞行器X-34的液体推进剂管理实例。研究结果认为，推进剂箱隔舱化是一种可行的管理模式，但仅适于一次启动的机动飞行。对多次启动的循环机动飞行中的推进剂管理，仍需继续进行研究。     

空间推进系统表面张力贮箱的研究

首先对空间推进系统的推进剂管理进行了概述,着重介绍该表面张力贮箱的研究。主要包括:第一,对各种加速度下液体在贮箱内的定位进行了分析,以确定管理装置的结构形式;第二,在贮箱设计上,应用流体网络理论,建立了设计模型。按以上方法设计的贮箱已经通过振动冲击、运输、液流等地面试验及飞行试验的考核,无一出现故障。     

液体推进剂的新型加注方法

常规液体双组元推进系统通常采用挤压加注方法,挤压介质一般为氦气,受氦气在液体推进剂特别是氧化剂中溶解特性的影响,加注过程中会出现氦气析出现象,这对加注过程本身以及推进系统后续使用均造成不可忽视的影响。为彻底解决该问题,对氦气在MON-1中的溶解特性进行了研究,模拟加注过程中的压力变化开展了氦气析出试验,在此基础上提出一种基于气动隔膜泵的加注方法,并完成加注约1 t推进剂、时长4 h情况下无氦气夹气的试验验证。为推进剂及相关模拟液的加注提供了一种新选择,试验表明该方法彻底解决了推进剂夹气问题,尤其适用于长时、大容量推进系统的推进剂加注。     

变结构近空间飞行器大飞行包络控制特性研究

针对近空间飞行器大包络、多任务模式飞行运动,结合通用高超声速飞行器确立了近空间飞行器不同飞行阶段的机体结构,详细建立了气动参数由攻角、马赫数与控制舵面偏转最表示的12状态动力学方程,绘制了不同飞行阶段气动参数随攻角、马赫数的变化曲线,建立了近空间飞行器的大包络运动控制模型,而后研究了不同机体结构与飞行状态下的控制特性和各通道耦合性质,表明该系统可以有效用于全程强鲁棒稳定飞行控制系统的设计与仿真测试,充分体现了近空间飞行器非线性、时变、耦合等飞行运动特点,仿真验证表明了研究结果符合现有分析结果.     

跨大气层飞行器的无动力跃滑弹道优化研究

针对跨大气层飞行器的无动力跃滑飞行弹道的特性,建立了其飞行动力学模型,通过弹道仿真分析了该弹道相对于最小能量弹道所具有的射程和突防性能优势,提出了几种跳跃飞行可能采用的控制方式,其中最大升阻比控制方式在单一控制方式中的射程最大,在此基础上,基于射程最大进行全弹道优化,结果表明最大升阻比滑翔飞行是使射程最大的最佳飞行方式。     

体积激励法测量液体推进剂量的地面模拟试验

针对大贮箱推进剂量测量精度不高问题,研究一种测量精度较高、重复性强的液体推进剂量测量方法。首先介绍体积激励法测量推进剂量的测量原理,重点分析地面模拟试验装置组成,包括体积激励装置、编码电机控制、数据采集及数据处理分系统。其次阐述试验方案,试验在常温常压下进行,采用不同激励频率改变体积。最后,以水作为模拟推进剂开展地面模拟试验,结果表明在不同填充水平下液体推进剂量测量误差都控制在贮箱总体积的1%以内,为未来高精度测量推进剂量飞行试验及空间应用提供可靠支持。     

滑行段低温推进剂流动及换热特性对气枕压力的影响研究

运载火箭在飞行过程中需要进行姿态调整以满足入轨要求,贮箱内推进剂在外界干扰力的作用下将发生晃动,由此引入了诸如气液接触面积、蒸发、冷凝过程及推进剂流动变化等不确定影响因素。实际飞行过程尤其是进入滑行段的初始推进剂晃动对贮箱内气枕压力及推进剂流动行为具有重要影响。在调研国内外运载火箭末级飞行过程中低温贮箱压力及推进剂流动特性的基础上,建立仿真模型,采用流体体积函数方法(VOF)分析滑行段推进剂流动特性变化对贮箱气枕压力的影响。     

典型卫星轨道的位移损伤剂量计算与分析

位移损伤剂量是评估电子元器件在轨发生位移损伤导致性能退化的重要参数。文章首先给出了位移损伤剂量的等效原理和计算方法,即用位移损伤等效注量来表征卫星轨道带电粒子导致的位移损伤剂量;之后分别采用3种不同的太阳质子注量模型,计算了典型大椭圆轨道的位移损伤等效注量,并结合计算结果对不同模型的特点和适用性进行了分析;其后针对4种典型卫星轨道,计算了不同飞行寿命期内的位移损伤等效注量,发现不同轨道的位移损伤剂量有较大差异,并结合空间带电粒子辐射环境分布特点及卫星轨道参数等分析了差异的产生原因;最后,分析不同的太阳质子注量预估方法对位移损伤剂量计算结果的影响,总结了不同轨道、不同飞行寿命情况下卫星经受的带电粒子辐射环境的严酷程度。研究结果可为卫星内部元器件位移损伤效应防护工作提供参考。     

织女星火箭进行发动机点火试验

近日,Zefiro 9-A(Z9-A)发动机在位于意大利撒丁岛的试验场成功进行了首次点火试验,这是织女星火箭飞行鉴定试验前的最后第二次发动机点火试验。此次试验检验了弹道性能(压力及推力曲线)、内部热防护效率、推力矢量控制性能,以及传导热与动力环境发动机性能。Z9-A固体火箭发动机是织女星火箭的第三级发动机。发动机点火燃烧了120 s。结果验证了这种改进型发动机预期性能的提升,以及发动机喷嘴坚固性的改进。这种使用新喷嘴设计和优化推进剂加注方式的改进型发动机,完全符合织女星火箭第三级发动机的飞行特性,但为使发动机适应水平状态,使用了截平喷嘴。预计2009年2月,Z9-A发动机将进行第二次飞行鉴定试验,而火箭飞行鉴定试验计划将于2009年末进行。织女星火箭是一枚三级固体推进火箭,有一液体推进剂上面级,起飞质量137 t,能将1 500 kg有效载荷送入高度700 km的极轨,可用于发射各种科学和地球观测任务航天器。织女星小型火箭为4级火箭。其中有三级使用固体推进剂,一级使用液体推进剂。使用固体推进剂的分别为P80一级、Zefiro-23二级和Zefiro-9三级;使用液体推进剂的一级为AVUM。Z9-A发动机整体高...     

变化风场下近空间飞行器机体/发动机一体化飞行力学建模与分析

近空间飞行器飞行包络大、环境变化复杂、参数变化激烈,对其开展飞行控制技术研究工作的首要问题是对此复杂系统基本物理规律准确把握和描述,并依此建立其机理运动模型。针对机体/发动机一体化设计的近空间飞行器,系统地进行了飞行力学分析,并推导了变化风场下近空间飞行器在高超声速条件下的完整的6-自由度12-状态的动力学方程和运动学方程,体现出变化风场的影响和推力矢量的作用。随后,对其在不同条件下的开环控制特性进行了仿真研究,直观表现了系统的快时变、强耦合、强非线性和不确定性等特点。所得结果可用于未来高超声速飞行器轨迹管理、飞行控制等问题的概念设计和仿真研究。     

输送管壁温对膏体推进剂燃速的影响

膏体推进剂作为一种新型特种推进剂,具有广阔的应用前景。膏体推进剂燃速直接影响发动机内弹道性能,研究输送管道壁温对推进剂燃速的影响具有重要意义。采用幂律本构方程表征膏体推进剂粘度,Arrhenius方程表征温度对粘度影响,并利用中心有限差分格式对控制方程进行离散。对恒定壁温下的膏体推进剂与管道间传热特性进行数值仿真,并进行了数值验证。结合仿真结果,并借鉴固体推进剂初温与燃速关系,分析了热管道内膏体推进剂燃速特性。结果表明：近壁面加热层厚度随入口速度增高而减小,随管径增大而增大,管内膏体推进剂平均燃速较入口温度条件下有所提高,同时,高温壁面条件下,近壁面推进剂温度高于爆发点,需要考虑管道内的防窜火措施。     

Nonlinear relative position control of precise formation flying using polynomial eigenstructure assignment

A nonlinear relative position control algorithm is designed for spacecraft precise formation flying. Taking into account the effect of J₂ gravitational perturbations and atmospheric drag, the relative motion dynamic equation of the formation flying is developed in a quasi-linear parameter-varying (QLPV) form without approximation. Base on this QLPV model, polynomial eigenstructure assignment (PEA) is applied to design the controller. The resulting PEA controller is a function of system state and parameters, and produces a closed-loop system with invariant performance over a wide range of conditions. Numerical simulation results show that the performance can fulfill precise formation flying requirements.     

基于变质心控制的再入飞行器机动能力分析

变质心控制作为一种新颖的控制方式,可克服传统再入飞行器气动舵等控制方案存在的舵面烧灼等弊端,它通过主动移动飞行器内部若干个质量块,可以有效调整飞行器的姿态并实现飞行器的姿态和机动控制.本文在推导变质心再入飞行器动力学方程的基础上,对该动力学方程进行了必要的简化,从而得到了变质心再入飞行器纵平面内的动力学和运动学方程,并计算得到质量块不同行程下飞行器可产生的法向过载大小.本文的研究对于变质心再入飞行器控制系统的设计提供了必要的理论参考依据.     

推进剂供应系统增压过程仿真

在大型液体火箭推进系统中,推进剂供应系统对贮箱压力有着严格的要求,增压系统作为可靠性环节的关键系统,工作过程复杂,需要进行仿真分析和试验验证,以改进设计。应用系统仿真技术,对某推进剂供应系统的增压过程进行了仿真,仿真结果与试验情况基本吻合。仿真结果表明缓冲阀可以有效地抑制增压过程压力振荡。此外,系统增压时间不能低于17s。     

膏体推进剂和固体推进剂药浆稳态燃烧研究

在固体推进剂ＢＤＰ燃烧模型基础上，引入膏体推进剂燃烧效应这一新参数将模型推广于膏体推进剂和固体推进剂药浆燃烧研究，模型考虑了氧化剂粒度分布，组分配比，催化剂性有和膏体推进剂燃烧热效应等对燃速的影响，以及药浆固化有前后燃速差别，还有靶线法测量了某批次复合推进剂药浆固化前后燃速变化，论文结果可用于膏体推进剂的配方和性能预测，以及利用药浆燃速预示固化后推进剂燃速，监控固体推进剂制造质量。     

含硼贫氧推进剂固体燃料冲压发动机性能计算

固体燃料冲压发动机所用推进剂为贫氧推进剂，故其热力计算与普通固体火箭发动机不同，但也有相似的地方。简述了固体燃料冲压发动机基于布林克莱法的热力计算原理，并以含硼贫氧推进剂为便，对固体燃料冲压发动机进行了不同情况的热力、流动和性能计算。得出了发动机比冲与推进剂中硼粒子含量、飞行高度及飞行马赫数之间的定性关系。     

固体推进剂裂纹不变形假设使用条件的研究

建立了描述固体推进剂裂纹腔内瞬时对流燃烧过程的数学模型，数值求解该数学模型得到了气相参数沿裂纹长度方向的分布，通过对比定量地讨论了裂纹变形对裂纹腔内对流燃烧流场的影响，其结果为裂纹不变形假设的合理使用提供了理论依据。     

运载火箭交叉输送系统关键影响因素辨识与分析

为深入了解交叉输送系统特性，辨识关键影响因素及其影响规律，通过系统建模与仿真分析开展交叉输送系统关键影响因素研究。推导了交叉输送系统关键组件数学模型，基于AMESim软件构建了系统仿真模型。研究表明，贮箱气枕压差和输送管路流阻是两大关键影响因素。为保证推进剂按额定流量交叉输送，必须对各子级箱压进行精确调节。由于助推上游主管路和交叉输送管路流阻对系统性能影响较大，在设计交叉输送系统时应该尽量缩短助推上游主管路和交叉输送管路，并尽量减小不同助推的管路流阻偏差。     

基于双目视觉的相对状态自主确定

基于双目视觉系统提出了一种适于交会对接最后阶段的近距离绕飞的相对状态自主确定方法。用修正罗德里格参数(MRP)描述姿态,给出了追踪器与目标器间的相对姿态运动学与动力学方程,以及相对运动方程,根据双目视觉系统的小孔成像原理建立了双目系统的测量数学模型,由扩展卡尔曼滤波(EKF)获得两航天器的相对位姿及其变化率。仿真结果表明该法可行。     

基于实测数据的大气密度反演方法及应用研究

针对中长期的平均大气密度反演问题，以我国典型遥感卫星运行轨道数据作为基础，采用实测数据反演大气密度并对MSIS00模型进行局部修正，并将修正后的模型应用于遥感卫星推进剂的预算，仿真结果表明：得到的修正大气模型具有较高的准确度，且采用修正后的大气模型得到的轨道维持推进剂消耗比修正前减少了近35%，达到了在保障卫星安全运行基础上最大限度降低整星质量的目的。研究结果还可用于我国未来航天器的高精度轨道预报、推进剂预算、碰撞规避等任务。