基于热力学效应修正的诱导轮空化模型研究

液体火箭发动机的诱导轮抽吸性能受到工质热力学效应的影响,低温工质的热力学效应对诱导轮空化工况下的工作性能影响尤为显著。由于热力学效应对气泡的增长有抑制作用,低温工质的热力学效应能改善诱导轮在空化工况下的工作特性,但目前国内对此问题的认识依然只停留在定性的层面。为了更准确地理解诱导轮在低温工质中的工作特性,必须定量地考虑这种由热力学效应所导致的影响。在Rayleigh-Plesset方程的基础上推导出了一种基于热力学效应修正的空化模型,并将此模型编译成程序模块应用于液体火箭发动机氧泵诱导轮的数值计算。对数值计算结果进行定量的后处理分析,并与发动机空化工况下的热试车数据进行对比验证了模型的准确性。     

石英晶体微量天平温度热效应分析

通过对在 KM3模拟器中进行的天平热效应专项试验测量数据分析,利用热力学定律,计算了天平热效应参数,并给出了在实际测量中进行实时温度预估的公式,为天平温度补偿中的温度控制设计提供了基础。     

平流层飞艇热力学模型和上升过程仿真分析

建立了平流层飞艇的热力学控制模型,并采用该模型对飞艇的上升过程进行了仿真分析。分析表明,飞艇上升过程中的热力学和动态传热过程对飞艇的浮力和飞行控制有重要影响;飞艇上升过程中,为保持艇内外压差,需维持较大的空气出流量,艇内气体随外界压力降低膨胀做功,飞艇会处于较大的超冷状态,飞艇与外界大气的对流换热和日照条件下吸收太阳热辐射能量,可减轻飞艇的超冷状态;飞艇上升速率越快,艇内外气体温差越大,飞艇超冷状态越严重,净静升力降低越大。     

单航过单平台InSAR基线模型的敏感性分析

从单航过单平台InSAR系统对其自身基线的高精度需求出发,给出了光学测量方案下的基线模型,并针对模型中的各因素及其误差来源,进行了模型的敏感性分析,阐明了测量元素与位置修正矢量的基线矢量的误差传递关系,然后根据误差传递关系找出测量系统的优化安装部位。通过解析推导得出各类误差源在不同条件下对基线精度影响的理论结果,由仿真分析给出了不同安装部位的误差传递系数。通过敏感性分析可由测量环境的输入条件直接获得基线的误差量级,其结果可作为指导测量系统方案设计与精度分配的参考依据。     

热力学效应对低温诱导轮旋转汽蚀影响的数值研究

诱导轮是液体火箭发动机中提高涡轮泵性能的关键部件,而旋转汽蚀是引起诱导轮故障的原因之一。低温液体发生汽蚀时会产生大量的潜热,对汽蚀流动产生重要的影响。利用基于Rayleigh—Plesset方程的混合流体模型,并考虑了汽蚀热力学效应,对诱导轮二维叶栅中的低温旋转汽蚀现象进行了数值分析。计算结果表明,考虑热力学效应时,产生旋转汽蚀的入口压力值下降;低温条件下的温度变化对超同步旋转汽蚀没有影响,而对次同步旋转汽蚀影响显著。     

星敏感器光轴测量的锥面误差模型及其应用

星敏感器是卫星高精度姿态测量系统中的重要器件,根据其测量可以建立不同形式的星敏感器测量模型,准确分析测量模型中测量误差的特性是保证卫星姿态确定精度的重要条件。本文针对广泛采用的星敏感器光轴矢量测量方程,从几何角度出发,结合实际情况,提出了一种新颖的星敏感器光轴测量的锥面误差模型。在两个锥面参数分别服从一定的概率分布的条件下,对测量误差特性进行了深入分析,确定出新的测量误差协方差矩阵。上述研究能够在不增加算法计算量的前提下,从新的角度,更为直观地建立了星敏感器光轴矢量测量模型。最后在仿真实验中,将新的锥面误差测量模型应用于基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的姿态确定方法中,结果表明了利用该测量模型进行姿态确定的有效性。     

固体火箭发动机五分力测量原理及静态误差分析

针对某些实际工程中固体火箭发动机绕轴线的旋转力矩M_Z相对很小或者不是测量关注重点的推力矢量测量问题,为避免测量中较为复杂的解耦过程,更简单地实现对推力矢量在各坐标轴上的分力P_X、P_Y、P_Z和对坐标轴的转矩M_X、M_Y的准确测量,在分析了六分力测量模型耦合误差的基础上,忽略发动机绕轴线的旋转力矩,提出了一种动架约束之间只存在线性耦合的五分力试验台模型,并对其进行了误差分析,证实了五分力模型能够实现对推力矢量在各坐标轴上的分力P_X、P_Y、P_Z和对坐标轴的转矩M_X、M_Y的准确测量,并进一步得到了五分力模型的静态误差主要来源于发动机安装误差和标定误差,安装误差中横偏是主要因素的结论。所得结论可为固体火箭发动机五分力试验台研制提供理论基础。     

航天器最终逼近段的相对导航研究与半实物仿真验证

针对两个航天器的最终逼近,对采用光学成像敏感器进行测量的相对导航算法进行了研究.结合航天器相对运动的动力学模型和光学成像敏感器的测量模型,在分析系统噪声和测量噪声的基础上提出一种基于线性卡尔曼滤波的相对导航算法.在滤波器具体设计过程中,对由于星体姿态和安装引起的测量偏差进行了补偿,并在考虑光学测量敏感器测量时延的情况下对相对导航算法进行了改进.最后进行了光学敏感器在回路中的实时仿真,仿真结果验证了相对导航算法的有效性和合理性.     

运载火箭飞行测量数据误差分析的小波方法

以提高火箭飞行跟踪测量数据处理精度为目的。结合弹道处理的实际，将小波理论运用于火箭弹道测最数据的分析。本文首先针对火箭飞行弹道测量数据的特征，应用小波理论建立了弹道测量数据事后误差分析处理方法的杠架模型，创建了雷达测量数据诸元的多项式和B样条时序分析模型，提出并验证了雷达测量数据的随机分布模型；其次，对受到噪声干扰时间段数据模型出现严重病态的情况，建立了基于多项式拟合和B样条函数选取有限时间段拟合的火箭弹道建模和预测的二次建模方法；最后，利用所提出的分析处理方法对某次任务两个测量站雷达弹道测量数据的分析，处理效果显著，精度理想。实验验证了上述方法是一种理想的弹道测量数据事后误差分析处理方法。     

双星TDOA/FDOA定位系统的目标定位精度分析

根据双星时差/频差(TDOA/FDOA)的定位原理,推导了目标定位精度模型,分析了目标定位精度与轨道高度、星间基线长度、TDOA测量精度、FDOA测量精度、卫星速度测量精度、卫星位置测量精度等误差源之间的关系。分析结果表明:测量因素中的FDOA测量精度和卫星速度测量精度,是影响双星定位的关键因素;而TDOA测量精度和卫星位置测量精度,对目标定位精度的影响较小。     

系统可靠性优化方法

介绍了性优化的各种模型：组合优化模型、两类失效模式优化模型、可靠必优化分配模型、多目标优化模型以及可靠性模糊优化模型等。分析了可靠性优化分配模型各种解法的优缺点。研究认为，蒙特卡罗法具有简单和广泛适用性特点，因而推荐使用该法。     

战术固体火箭发动机按费用优化设计

论述了按费用设计的概念和方法，在５种战术固体火箭发动机制造成本数据统计分析的基础上，以部件重量作为模型参数，建立了适合于战术固体发动机的喷管，装药和壳体成本模型，根据这些成本模型，对某地－空战术导弹火箭发动机以冲费和为目标函数进行按费用优化设计，所得结果通过与实际发动机试车结果及制造成本比较，表明以作为参数的成本模型合理，按费用优化设计技术可行，经济上合理。     

金属构件疲劳微裂纹非线性超声检测

通过对固体非线性超声传播模型的研究,分析了裂纹静态压力与超声波作用力对裂纹超声非线性响应的影响,建立了反映裂纹区应力-应变非线性关系的弹性接触机制超声非线性响应模型以及反映裂纹闭合状态转换的碰撞接触机制超声非线性响应模型。通过实验研究发现,裂纹尖端区的二次谐波激发效率与裂纹的开口区和闭合区及裂纹最终扩展的极限长度有关。因此,可使用二次谐波激发效率作为定量表征金属试件疲劳微裂纹缺陷的特征参数,实验中使用了自主研制倍频双晶复合换能器,这种倍频双晶复合换能器在工程实际应用中更为方便、实用。     

卫星线阵立体影像的倾斜仿射变换核线模型

核线约束是构建摄影测量立体模型的重要条件。由于卫星线阵影像的多中心投影特性，难以建立其严格的核线模型。文章从上下视差最小的同名核线特征出发，在仿射变换模型基础上引入核线倾角变化参数，提出一种新的倾斜仿射变换核线模型。通过“无误差”的虚拟同名点仿真试验表明，文章提出的模型受影像范围及地表高差影响较小，在影像区块6 000像元×6 000像元、地表高差1 000m情况下，对于不同形式卫星立体影像的模型误差均小于1个像元。进一步使用实际匹配同名点平差，实验表明：对于SPOT-5、“资源三号”和“高分七号”等卫星影像，文章模型误差相对于匹配观测误差可忽略，实际核线精度在整景影像范围内优于0.8像元，所生成核线影像能够满足后续密集匹配要求。新模型的精确性和普适性相比现有同类模型显著提升，可实际应用于卫星摄影测量处理。     

卫星能源约束检查模型改进及仿真

卫星能源约束检查模型对卫星任务规划有重要参考作用,可防止因能源不足而导致卫星故障或任务不能顺利完成。现有的能源约束检查模型存在部分问题:人为设定计算初始值,导致计算不准确;能源约束检查不通过时未给出符合能源约束的任务调整建议,导致任务不能快速调整;未对计算误差进行校正,导致误差积累。对此,提出了一种改进的能源约束检查模型,在原有模型中加入能源数据库对卫星运行的能源数据进行记录,从而准确获取初始值,并在模型中加入任务调整和遥测校正功能。该模型可实现能源约束计算自动管理及任务自动调整功能,缩短任务规划周期,提升紧急任务的执行效率。对改进的模型进行仿真,结果表明:模型预测结果与预期值相符,任务调整和能源校正功能实现良好,能实际应用到运控系统中进行规划任务能源约束检查和能源管理。     

一种基于推进剂消耗优化的卫星小推力器布局设计

针对小推力器安装角度对卫星南北位置保持、东西位置保持和姿态控制效率的影响,从而决定推进剂需求量,提出一种推进剂消耗过程耦合建模与求解方法,并建立了小推力器安装角度优化模型。该方法采用定点迭代对转移轨道阶段推进剂消耗量和静止轨道阶段推进剂消耗量与贮箱尺寸之间耦合过程进行解耦,并建立了不同阶段推进剂消耗量估算模型。以卫星寿命期推进剂需求量最少为优化目标,建立了小推力器布局优化模型。通过实际的小推力器布局设计实例,分别采用遗传算法和序列径向基函数代理模型（SRBF）优化策略进行优化。优化结果表明相比于基于经验设计,SRBF可以有效地降低推进剂需求量,而且对比遗传算法,优化效率得到了显著提高。     

Analysis of the Micrometeoroid and Debris Hazard Posed to an Orbiting Parabolic Mirror

Many concepts of future space systems involve the use of parabolic mirrors for optical applications. The need for a highly reflective finish means that performance of such systems will be particularly vulnerable to space debris and micrometeoroids. A case study was performed to examine the micrometeoroid and debris hazard posed to an orbiting parabolic mirror. The mirror considered was nominally Earth-pointed in a circular orbit with two candidate altitudes in low Earth orbit (LEO), well within the region inhabited by man-made debris. The timeframes of interest for the two missions were 2002–2004 and 2005–2015. Microgram and larger particles were considered.To perform this study, it was necessary to determine the debris and meteoroid flux across the parabolic surface. To assess sensitivity of results to uncertainity in available data, two approaches were taken. The first approach was an analytical procedure based on use of long duration exposure facility (LDEF) data and published theoretical results. The second approach used two readily available computer models: the ESA MASTER model and NASA's ORDEM96. In addition, an in-house implementation of the Grün meteoroid model was used. While multiple results were available for the total flux and flux distributed over azimuth, only the MASTER model was available for generating the desired elevation data to obtain the flux distribution over the parabolic mirror. In an attempt to bound the uncertainty in the knowledge of the elevation distribution, the results from both the MASTER and ORDEM96 models were processed together to form a separate, hybrid prediction. In addition, results were used in the preliminary design of a protective skirt.This case study elucidated the practical obstacles and considerations in performing a sufficiently accurate debris and meteoroid analysis using data and tools that are readily available to the broad space sector. The resulting procedures are useful in the assessment of the risk posed to optics by the meteoroid and debris environment and in the design of protection.     

基于超梁降阶模型的复杂梁式结构动力学模型修正及确认

提出了一种基于超梁降阶模型的复杂梁式结构动力学模型修正技术。依据超梁降阶模型理论,并考虑可能的修正参数,将复杂梁式结构降阶为具有较高计算精度的超梁降阶模型;而后,利用基于灵敏度分析及优化算法的模型修正技术,并根据模态测试数据对模型参数进行修正,获得能够准确反映实际结构动力学特征的修正模型。最后,通过多种动力问题分析对修正模型进行评估,并与实际结构的响应结果进行对比。以典型蒙皮加筋圆柱壳为例实现这一过程。结果表明,所提出的模型修正方法具有可行性和较高的计算效率。     

防空导弹翼面弹性支承边界参数识别

利用系统可测自由度上获得的不完全模态来识别尾翼的边界支承参数。直接由特征方程出发求解边界的未知位移和内力，借此计算边界动刚度，同时对带有一定误差的已知试验模态进行叠代修正，然后通过最小二乘法求解边界的支承刚度和附加质量。本文方法简捷。精度和效率都较高。在防空导弹及其他相关领域都有一定的应用价值。     

含模型不确定性和状态约束的航天器姿态鲁棒控制

针对严格反馈三轴稳定航天器姿态控制问题,在考虑航天器系统存在模型不确定性、未知外部扰动、系统存在时延情况下,提出了一种鲁棒控制方法。首先建立航天器误差运动学和动力学模型,使用神经网络对系统不确定性和未知扰动进行逼近、引入障碍李雅普诺夫函数对系统状态约束进行处理;然后利用反步法构造一种鲁棒自适应姿态控制器,通过李雅普诺夫方法证明闭环系统是最终一致有界的;最后,结合工程实际经验对系统已知时延进行前馈补偿。半物理仿真结果表明了所设计控制器的有效性和鲁棒性。