弹道飞行器自由飞行轨道的解析解法

本文提出了弹道式飞行器自由飞行轨道的解析解法。首先,在一个特殊的非正交的绝对坐标系中建立了运动微分方程,其中考虑了具有一阶扁率系数的地球引力场模型,然后导出运动方程的解析解。其解的精度与所用地球引力场模型的精度是一致的。应用本文给出公式,只需给定发射惯性坐标系或地面发射坐标系中关机点或以后任一点参数,便可解析地求出其后任一点的轨道参数(飞行器在惯性空间中的位置矢量、速度矢量或相对于地球的位置矢量和速度矢量)。并附有若干计算结果,表明解析解法具有较高的精度。     

火箭控制系统闭环模飞测试中惯性器件激励的实现方法

根据火箭控制系统闭环模飞的方案, 讨论了平台系统中惯性器件激励电流的计算方法, 其中考虑了地球自转对陀螺的影响。根据工程需要对公式进行了简化     

三轴转台测试中惯性仪表输出量的分离方法

在惯性仪表主轴转台测试的基础上,采用四元数法建立了转动中的三轴转台数学模型,并以此计算在三轴转台转动中的各个时刻,重力加速度在惯性仪表坐标系上的投影,从而完成惯性仪表三轴转台测试中动态输出量和静态输出量的分离。该方法用代数运算代替了欧拉法中的三角运算,具有简单、精确且不会出现奇异的优点。在文章最后给出了在某一测试下的计算结果。     

潜射弹道式飞行器初始运动条件的确定

研究从潜艇上发射的弹道式飞行器初始运动条件确定问题,为此建立了相应的坐标系。在考虑地球自转和发射潜艇6自由度运动的情况下,用矢量导数转换的方法推导出飞行器发射时其质心的绝对速度和加速度的表达式,根据合成转动的四元数求取规则求出了描述飞行器初始姿态的四元数。     

火箭飞行异常遥测天线实时跟踪角度预测研究

针对火箭飞行异常下的遥测天线继续实时跟踪难的问题,提出一种飞行异常后的实时跟踪角度的预测方法。首先介绍几种常用坐标系以及坐标系之间的转换关系,并将火箭飞行异常后的运动简化为考虑惯性速度的自由落体运动,给出自由落体速度模型和实时跟踪角度的计算方法步骤。设计仿真实验,验证方法的有效性,可以作为火箭飞行异常后遥测天线实时跟踪角度预测的有效参考。     

液体火箭推进系统频率特性的灵敏度分析

针对液体火箭飞行过程中POGO振动对火箭系统的不利影响,建立了液体火箭推进系统动力学模型,以区间数学为理论基础,对推进系统频率特性进行灵敏度分析,得到了推进系统的流体惯性、阻力和刚度参数对推进系统频率特性的影响规律。研究结果表明：液体火箭推进系统振动频率对流体惯性参数的敏感程度比流体阻力参数和流体刚度参数明显大,泵前短管流体惯性的变化对推进系统振动频率的影响最大,补偿管路流体刚度的变化对推进系统振动频率的影响最小。为合理设计推进系统的动力学参数,降低推进系统的振动频率,抑制 POGO 振动的发生提供理论依据。     

交会相对运动确定的新方法

本文叙述空间交会过程中相对运动参数测定的新算法。在测量目标的相对距离和方向的基础上,借助于追踪航天器上的地球敏感器和太阳敏感器,就能直接确定在目标轨道坐标系中相对运动的参数。为此,测量系统可以不含陀螺惯性平台。     

多约束下小卫星的能量最优主动碰撞规避控制

针对小卫星间近距离的碰撞问题,提出一种多约束下能量最优的主动碰撞规避控制。该算法建立小卫星的运动学模型和约束模型,通过坐标变换将质心坐标系下的运动映射到地球惯性坐标系,然后通过约束的限制来制定碰撞规避策略,最后选取小卫星能量最优化指标和哈密顿函数,给出最优条件下的速度增量和方向,通过Matlab仿真给出惯性系下碰撞过程中的规避轨迹,证明设计的碰撞规避控制的有效性和可行性。     

三轴气浮平台常值干扰力矩的分析与补偿

建立了三轴气浮平台的动力学模型,提出了动力学反演和基于复摆模型的惯性坐标系下常值干扰力矩的计算方法,对matlab仿真结果的计算验证了方法的正确性.使用fluent对气浮球轴承建模计算,得到了球轴承座倾斜角度和由此产生的倾斜力矩的关系.从调平衡角度提出了引入倾斜力矩来补偿台体运动过程中惯性坐标系下常值干扰力矩的方法.实验结果表明方法正确有效.     

航天之路的先驱:康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基

"地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里"——康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基1903年,苏联的一位科学家发表了世界上第一部喷气运动理论著作《利用喷气工具研究宇宙空间》,提出了液体推进剂火箭的构思和原理图,并推导出了在不考虑空气动力和地球引力的情况下,计算火箭在发动机工作期间获得速度增量的公式;十月革命后,他又在喷气飞行原理方面提出了燃气涡轮发动机方案,解决了航天器在行星表面着陆的理论问题,研究大气层对火箭飞行的影响,首次探讨了从火箭到人造地球卫星的观点。他就是举世闻名的科学家、科幻作家、现代航天学和火箭理论的奠基人——康斯坦丁·爱德华多维奇·齐奥尔科夫斯基(Kostantin E.Tsiolkovsky)。     

火星大气来流模拟装置CFD仿真与试验

根据我国火星着陆巡视器工作过程,其着陆发动机需要在相对火星大气高速迎风运动中可靠点火。由于巡视器着陆时发动机喷管出口气流与火星稀薄气流方向相反,目前无法通过理论计算准确获得着陆过程的动态流场对发动机起动过程的影响量值。为验证火星着陆环境下发动机点火的适应性,需要建立发动机的火星大气来流试验环境模拟条件。为模拟发动机在火星大气条件下的相对运动,在真空舱内发动机保持固定,前端设置环形来流形成装置,该装置在发动机喷管周围形成一定速度的逆向来流包络。采用数值模拟技术结合试验验证方法,在火星着陆器巡视器主发动机性能考核试验中,针对来流的形成装置开展了设计研究工作。来流模拟试验测试数据表明:在确保贮箱供应压力稳定的条件下,来流模拟系统能够形成100~200 m/s速度的稳定来流,发动机在来流下能稳定启动工作,真空舱压力满足试验要求。     

应变测试技术应用于发动机质心偏移研究

为研究液体火箭发动机的质心偏移情况,在发动机传力构件上合理分布测量点,对发动机机架、推力室与机架连接压杆、推力室头部等多个区域的缓应变参数进行了测量,通过对测量数据的处理与分析,得出了发动机质心偏移情况的初步判断.     

近地轨道飞行器的光辐射背景环境

文章简要介绍了在可见光和红外波段深空和地球高层大气的光辐射源和辐射特性,包括辐射机制和强度、辐射的各向异性等,通过比较表明空间红外波段的背景辐射明显高出可见光波段近1个数量级;分析了在地球大气外进行对地观测时大气辉光辐射的角分布,指出了辐射的临边增亮特性。以上研究对于研制和开发新型航天器、利用太空资源以及未来的深空探测都具有实用价值。     

基于紫外敏感器的航天器自主导航

对基于紫外敏感器的卫星自主导航方法进行了研究 ,给出了自主轨道确定的滤波算法。对基于紫外敏感器的导航在地球中低轨道、大椭圆轨道和同步轨道上的应用进行了数学仿真验证。仿真结果表明 ,导航误差主要取决于地心方向的测量误差 ,而地心距测量误差的影响要小得多。在已知卫星惯性姿态的条件下 ,仅以地心方向为观测量 ,滤波器同样能够收敛 ,并能获得较高的定轨精度。     

空间机器人抓取未知目标的质量特性参数辨识

根据动量守恒定理,研究了单臂自由飘浮空间机器人抓取未知目标的质量特性参数辨识问题。已有文献中基于动量守恒原理进行的参数辨识只适用于系统线动量和角动量为零的情况,当两者不为零时无法得到正确的辨识结果。为解决此问题,本文首先在惯性系而非本体系下推导得到了机械臂抓取未知目标后的系统线动量和角动量,保证了其各分量的守恒特性。然后基于此特性,通过在轨测量两个时刻机器人本体的线速度、角速度以及机械臂各关节的角速度和转角信息,建立了含有未知目标质量特性参数的动量增量方程。最后根据三组测量信息,从联立的动量增量方程组中求解得到未知目标的质量特性参数。数值仿真表明,此方法在系统线动量和角动量为零和不为零两种情况下都能实现高精度的参数辨识,同时还避免了方程求解的奇异问题。     

Electrification of a rocket during its launch and motion in the atmosphere along active part of the trajectory

We studied the process of electrification of a rocket during launch and flight in the atmosphere at the active part of its trajectory. The values of charge, field strength, and rocket potential at the launch are estimated. Charging and discharging currents are determined for a rocket flying through clouds and precipitation, and solutions expressing the time variation of the rocket’s charge are found. The values of charge, field strength, and rocket potential are obtained as functions of time, together with the engine plume represented as a charged plasma structure. The rocket’s charge is shown to tend to an equilibrium state, and the time of reaching it is found. Mechanisms limiting the charge value are considered, and the conditions of origination of an electric breakdown (lightning) between the rocket and atmosphere are determined.     

Classification of Gas-Dust Structures in the Upper Atmosphere Associated with the Exhausts of Rocket-Engine Combustion Products

This paper presents the results of investigating optical phenomena in the upper atmosphere that accompany rocket launches and are associated with specific features of the structure and dynamics of gas-dust formations in the upper atmosphere. The most intense, large-scale, and dynamic phenomena are induced by specific operation modes of rocket engines, in particular, by the staging and thrust cutoff in solid-propellant rocket engines, as well as by physical conditions in the upper atmosphere.     

Theoretical solution for the lift force of “ecranoplan” moving near rigid surface

This paper develops a theoretical solution for the problem of determining thin wing's lift force while moving near flat surface (a screen). The solution is determined under the assumption of fluid being ideal and incompressible. The Chaplygin–Zhukovsky hypothesis of rear-edge-limited solution is taken into consideration. The solution of a problem is reduced to the Fredholm equation that is solved numerically. The generalization of the Zhukovski solution was obtained, which provides the lift force dependence on the altitude of the flight. The behavior of the lift force is very peculiar: it increases on decreasing altitude above the rigid surface. The screen effect becomes essential on moving wing altitude being smaller than the wing's length. The effect was detected experimentally before and gave birth to construction of a special flying vehicle named “ecranoplan”. It is shown in the paper that the lift force could increase several orders of magnitude. This effect could be used in developing flying vehicles of high loading capacity, which could be used in the territories of smooth surface: savannas, steppes, deserts, lakes, swamps, etc. The effect could be used for developing vehicles for operation on other planets having not very dense atmosphere and relatively smooth surface (like Mars). Flights in such an atmosphere are energy consuming, while using the effect of lift force increase near the surface could be very effective.     

可抛式延伸喷管展开过程运动与动力学仿真(英文)

针对固体火箭发动机可抛式延伸喷管运动机构的特点,建立了包括展开装置、释放机构、折转片等在内的延伸喷管整机模型。根据试验结果建立了燃气展开力样条曲线,利用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS进行了延伸喷管展开动力学仿真,获取了延伸喷管运动构件的运动特性和约束的约束反力等结果。结果表明,运用ADAMS动力学仿真分析软件对延伸喷管展开过程中的动力学响应进行仿真分析是可行的。