对接机构综合试验台运动模拟器建模分析

空间对接机构六自由度综合试验台，是对接机构研制所必须的地面试验设备之一，用于对接机构空间对接过程的仿真试验，全面考核对接机构的捕获与缓冲校正能力。利用虚功原理建立了对接机构综合试验台运动模拟器的多体动力学模型，该模型全面地表征了六自由度运动模拟器的动力学特性，且具有简单、通用的形式，对六自由度运动平台的液压驱动系统进行了建模，从而建立六自由度运动模拟器系统模型。在建立该模型的基础上，使用Simulink对运动模拟器的位置跟踪特性进行了仿真分析，结果表明所设计的控制系统满足工程试验的需求。     

对接动力学试验台的建模与仿真研究

对接动力学试验台采用半物理仿真的方法实时模拟空间两个飞行器在设定对接初始条 件下的对接动力学过程。本文应用EASY5和ADAMS建立了包括机构动力学模型、飞行器对接动 力学解算、轨迹规划解算及运动模拟器位姿反解与液压伺服油缸等组成的对接动力学试验台 系统联合仿真模型。进行组合初始姿态偏差对接仿真,通过仿真结果对比,验证了试验台数 学模型的正确性。进行试验台精度考核仿真,再现了影响试验台精度的主要因素。该模型为 试验台研制与调试提供了重要的依据。
     

空间交会对接的双脉冲最优控制

本文首先利用交会对接的固有动力学特性，施加第一脉冲推力使追踪器自动到达目标器位置；第二脉冲推力使两个飞行器相对速度降为零。本文根据双脉冲控制原理寻找燃料消耗最省的交会对接时间。最后通过大量数学仿真，比较各种初始条件下的交会对接动力学特性和燃料消耗。     

针对不同目标时对接机构适应性研究

讨论了对接过程的动力学模型、与不同质量飞行器对接过程的特点，以纵向性能为例，提出了缓冲性能参数与对接初始条件组合设计，使对接机构能够适应不同对接飞行器质量特性的要求。仿真结果表明，该方法是可行的。     

空间对接机构的技术发展

概述了空间对接的发展历史;分析了国外几种不同类型的典型空间对接机构的对接过程、结构形式、工作原理及其基本特性;对对接初始条件、对接机构与姿控系统的接口关系、对接运动学与动力学等问题做了初步研究。     

航天器爪型对接机构对接过程动力学仿真分析

航天器对接机构是完成空间在轨对接任务的核心机构,要保证成功完成对接任务,必须清楚掌握其对接过程动力学作用机理与表现。文章针对爪型对接机构的对接过程开展动力学研究,建立了考虑对接过程中的接触、摩擦及碰撞等非线性因素的对接机构动力学模型,进行对接过程的全程动力学仿真模拟,详细分析了对接过程的影响因素与作用机理,并从能量角度分析了缓冲器的工作性能,可为爪型对接机构的设计、对接初始条件确定和控制策略的制定提供参考。     

空间对接过程的仿真研究

分析了内翻式异体同构周边式对接机构的接触形式，控制模型和力学模型，建立了对接过程的动力学仿真模型。利用试验数据对该模型进行了验证，并在此基础上进行对接过程的仿真研究。     

周边式对接机构的运动学问题

根据周边式对接机构的构型特点,给出了其详细的几何关系描述,以及对接初始条件与捕获环几何尺寸的约束关系,并通过引入适当的坐标系,最后建立了捕获环运动与丝杠运动关系的数学模型。     

对接综合试验台控制系统软件快速原型开发技术

对基于快速原型设计睁对接综合试验台控制系统软件开发进行了研究。介绍了根据系统方案进行的中央控制台软件设计和模型计算机软件开发等。给出了快速原型设计,以及包括接口设计、配置管理、文档管理等软件工程化管理等关键技术。     

航天器交会对接地面综合验证技术研究进展

为短时间内在有限的几次飞行试验中突破并掌握交会对接技术,通过对地面验证试验的需求分析与整合,规划和设计了一系列系统级综合试验;采用局部模拟与整体模拟相结合、单一环境与综合环境相结合、试验与仿真相结合等方法开展了系统级验证试验,获得了大量的试验数据;并应用多种数据评估技术对试验数据进行了统计分析,提高了试验数据的有效性。这些工作的开展为交会对接的地面验证试验技术进一步发展打下了坚实的基础。     

Terminal area trajectory planning using the energy-tube concept for reusable launch vehicles

This paper concerns a terminal area energy management (TAEM) guidance system for a winged re-entry vehicle and describes the use of the energy-tube concept in a planning and estimation algorithm. In this paper, the focus is on the analysis of the energy management capabilities during changes in the initial conditions. The planning algorithm calculates the best heading alignment cylinder (HAC) position, based on the initial state at the TAEM interface. A cross-section of the energy tube contains all combinations of altitude and velocity from which it is possible to reach the runway. Ideally, the re-entry vehicle enters the terminal area in the ‘middle’ of the cross-section such that it has sufficient capabilities to react to off-nominal conditions that would require more or less energy dissipation. Each HAC position has a particular energy-tube cross-section. By shifting the HAC position, an optimal HAC can be found such that the initial state is situated in the middle of the cross-section. The planning algorithm uses a nominal longitudinal strategy, which is situated in between the maximum-dive and maximum-range capabilities, to calculate the optimal HAC position. However, in some cases the nominal longitudinal strategy is insufficient to reach the runway. Hence, in these cases, deviations from the nominal longitudinal strategy (nominal energy dissipation) are required during the actual flight. These deviations are calculated by the estimation algorithm and the magnitude of the deviation is based on the current position in the energy tube.     

对接机构分系统研制

介绍了我国神舟八号飞船和天宫一号目标飞行器对接试验的对接机构分系统的组成、控制时序、设计方案,以及可靠性与安全性。给出了对接机构分系统研制中总体设计、动力学仿真、试验和关键部件研制等关键技术,以及整机特性测试、连接分离试验、热真空对接与分离试验、寿命试验等验证情况。回顾了对接机构分系统的研制过程。     

对接机构动力学仿真

以神舟飞船的对接机构为研究对象,介绍了不同研制阶段仿真的任务规划,给出了研究中的对接机构仿真分析的捕获缓冲参数设计、数字样机、对接过程动力学仿真评估、试验验证与模型修正,以及对接动力学试验等。     

空间对接机构技术及其研制

给出了空间对接机构的传动缓冲、捕获、连接密封、结构与附件，以及控制等子系统的组成和功能，阐述了对接和分离基本过程。以及其中的备份操作。分析了对接机构的总体设计、动力学仿真、部件研制和地面试验等关键技术。     

基于虚拟落点策略的月球返回飞船再入制导方法

针对长航程大偏差状况下阿波罗再入制导算法的精度退化问题提出改进,采用数值预测-校正方法规划和调制线性参数化的倾侧角剖面,给出了一种在全航程包络内适用的月球返回飞船再入制导方法。引入虚拟落点策略,在一次再入段利用算法预测能力预测二次再入段初始侧向偏差并进行前馈补偿,给出了简便有效的虚拟落点瞄准程序。大偏差任务想定下的蒙特卡洛仿真分析表明,该算法在3000km到10000km的再入航程范围内,能够确保偏差小于3km的落点精度。     

交会对接绕飞段多模态滑模控制

基于多模态滑模控制的理念,研究了交会对接绕飞段的控制问题。介绍了 多模态滑模切换函数的设计方法,并给出滑模面的存在条件和系统稳定性证明。采用分时 控制方法弱化系统变量之间的耦合,简化了控制系统的设计。对该控制系统进行了数值仿 真,结果表明：系统可以经由预想的绕飞轨线,由初态绕飞至终态,而且对初始状态具有很 好的适应性。
     

一种立方星编队重构多脉冲机动规划方法

针对立方星轨道机动能力约束,提出一种基于相对轨道根数动力学模型的多脉冲机动规划算法。对于相对轨道面内各分量之间的控制耦合问题,基于“先控制相对形状、后修正迹向距离”的策略,提出了满足速度增量约束的多脉冲机动规划算法;分析了近地轨道 J 2 摄动和大气阻力摄动对相对轨道的影响,并基于线性化的状态转移模型提出了迭代优化策略,以降低立方星在摄动影响下的轨道机动误差。仿真结果表明,所提出的多脉冲机动规划算法在不同任务条件下均可获得有效的机动规划,迭代优化策略可有效地提高终点位置的精度,在基于高精度轨道递推搭建的任务仿真中也验证了算法的有效性,可用于立方星编队构建和重构任务。