卫星筒式偏心在轨分离动力学分析

偏心安装的子卫星在轨分离是一类特殊的卫星在轨分离问题。为了给分离地面试验和分离系统设计提供依据,在惯性参考系中分析了筒式偏心在轨分离问题的运动特性。以刚体运动学原理和动力学动量定理、角动量定理及能量定理为依据,建立了分离过程的动力学模型。运用数值求解方法,给出了不同初始条件下的模型求解算例,并对求解结果进行了比较和分析。分析结果表明,分离弹簧物性参数是影响分离速度的主要因素;卫星相对安装位置是影响分离角速度的主要因素。     

筒式偏心在轨分离角速度抑制方法

筒式偏心在轨分离是一类特殊的在轨分离问题,小卫星偏心安装而产生的分离力矩将导致分离角速度,进而影响小卫星的分离指向精度,甚至导致释放平台姿态失稳。而常规的姿态大角速度机动、姿态快速稳定控制方法难以在小卫星出筒前的极短时间内完成分离角速度抑制。因此,进行了卫星筒式偏心在轨分离动力学分析,基于分离角速度的产生,提出了抑制分离姿态干扰的前馈控制力矩法和角速度预偏置法。在此基础上,推导了关键控制参数的近似计算公式,给出了控制量的优化求解方法,并分析了控制干扰因素对抑制结果的影响。最后,通过仿真算例分析,对比验证了两种抑制方法的有效性,并给出了其工程应用的建议。     

火箭复杂分离连接结构的动力学仿真方法及应用

为了量化分析火箭分离连接结构接触、碰撞、变形等动力学过程对分离运动的影响,基于多柔体动力学建立了考虑弹性效应的分离仿真模型,确定了非线性有限元的求解方法,通过实例对分离仿真流程和应用方法进行总结和说明,并与刚体仿真分析以及地面试验结果进行了对比,结果表明考虑弹性效应的分离仿真结果与试验真实情况一致性好,此仿真方法可有效应用于工程研制。     

小卫星分离过程建模与分析

针对工程上采用商用软件进行小卫星入轨分离仿真时,难以直观地给出各个因素之间的影响及关联关系问题,对影响小卫星分离精度的主要因素进行建模分析。采用解析法获取影响卫星分离过程的力学模型,根据力学模型可以直观地获取每种影响因素对卫星分离精度的敏感度及相互关系。通过分析得到影响小卫星分离精度的5种影响因素,并提出提高卫星分离精度的控制要素,可为航天器分离姿态控制与分离安全性评估提供参考。     

空间对接机构缓冲试验台分离性能分析

为了模拟空间的分离过程,在地面上研制了具备五自由度的大型缓冲试验台,以此研究在对接分离过程中运输飞船和空间站相对分离速度、姿态角及姿态角速度等的变化规律。地面五自由度状态试验台获得的试验数据能否代表空间零重力六自由度实际状态,需要对分离试验台做分离性能分析。建立了地面环境及空间零重力环境两种状态下的理论分离模型,对比了两种状态下的分离过程和结果;同时还建立了两种状态下的全数值样机仿真模型,依据某工况下的试验条件,计算分析了运输飞船和空间站在分离过程中的运动特性。从理论和数值仿真两方面阐述了缓冲试验台在模拟分离时的情况,论证了利用缓冲试验台模拟空间状态下两飞行器分离过程的有效性。     

空间站舱体转位试验系统动力学匹配设计与仿真

针对空间站舱体转位地面试验二维模拟空间三维动力学特性的等效性问题,通过第二类拉格朗日动力学方法,建立起在轨与地面试验系统之间的动力学关系,进行了质量特性匹配性设计。基于设计的质量特性,进行了在轨转位和地面试验转位两种仿真分析,仿真结果表明,在轨与地面动力学仿真结果在趋势和峰值两方面一致性很好,所设计的实验舱模拟器质量特性可以用于地面试验系统的研制。     

空间飞行器对接机构分离的动力学仿真

空间对接技术属于航天工程重要的研究领域,在地面条件下如何实现六自由度对接机构的模拟则是其关键技术之一。本文建立了空间飞行器对接机构在分离过程中的动力学模型,利用MSC.ADAMS/View建立了对接机构的虚拟样机模型并通过动力学仿真得到了系统的动力学响应。最后,结合动力学模型与仿真结果,研究总结了对接机构在重力影响下的姿态变化规律。本文研究为航天器对接与分离时的姿态动力学分析和对接机构的设计优化提供了理论依据。     

基于HLA的小卫星半物理仿真系统设计

地面仿真验证是小卫星研制过程的重要组成部分,仿真验证充分与否直接决定了小卫星的研制成功率和在轨运行的可靠性。就小卫星技术特点,结合某型号的地面仿真需求,建立基于HLA的小卫星半物理仿真系统,给出系统的组成结构、联邦间交互数据表、硬件接口单元和联邦成员设计流程等。利用设计与实现的半物理仿真系统,进行了某型号小卫星的仿真验证,结果表明,设计的基于HLA的小卫星半物理仿真系统能够较好地完成动力学与控制分系统、电源分系统和有效载荷分系统的仿真,能够较好地实现控制分系统物理设备的接入,具有较好的实际应用价值。     

新型压电激励器作用力模拟技术研究

研究轻型结构、直升机旋翼结构和复合材料结构等的颤振飞行试验激励问题具有重要意义。提出以弯矩模拟压电粗纤维复合材料(MFC)激励器的作用力,从而解决MFC仿真建模问题。首先借助机翼有限元模型,建立带有压电激励器的机翼结构动力学仿真模型;然后以压电激励器地面激励试验结果为基础,通过修正仿真模型中压电作用弯矩的大小,实现仿真试验结果与地面试验结果的拟合,最终得出非线性压电激励器作用力;最后通过另一组地面试验数据验证了该作用力的大小,并将该作用力模拟技术应用于不同试验中。本文的研究结果可为后续以该激励器作为激励作动器或控制作动器的试验提供有益参考。     

“神舟”号飞船返回舱—推进舱之间弹簧分离装置研究

在航天器舱段之间弹簧分离中弹簧刚度和分离时间的计算公式基础上,根据"神舟"号飞船推进舱、返回舱的分离特点,给出了返回舱和推进舱弹簧分离装置的具体形式,然后运用动力学分析软件ADAMS对弹簧分离装置的性能进行了仿真分析,并根据分析结果对弹簧分离装置进行了改进。地面模拟试验及"神舟"号飞船飞行试验结果表明,弹簧分离装置性能稳定、可靠,满足飞行试验求。     

Oblique shock train motion based on schlieren image processing

In this paper, shock train motion in a Mach number 2.7 duct is studied experimentally, and large numbers of schlieren images are obtained by a high-speed camera. An image processing method based on Maximum Correlation Detection (MCD) is proposed to detect shock train motion from the schlieren images, based on which the key structures, e.g., separation positions and separation shock angles on the top and bottom walls, can be analysed in detail. The oscillations of the shock train are generated by rhombus and ellipse shafts at various excitation frequencies. According to the analysis of MCD results, the distributions of the frequency components of shock train oscillation generated by the two shafts are distinctly different, in which the motion generated by the ellipse shaft is much smoother; shock train motion is mainly characterized by the oscillation of separation position while the separation shock strength is not so sensitive to downstream disturbance; there is a hysteresis loop relation between the downstream pressure and separation position.     

并行环境下外挂物动态分离过程的数值模拟

 并行工程的发展提出了计算流体力学的发展新概念,在此基础上研究开发了一个以非定常流计算为核心的多体分离数值仿真集成系统。该系统采用运动嵌套网格方法,能够处理飞行器在空间中的大尺度运动,结合六自由度运动学方程,具有实时仿真运动部件在气动力、弹射力和重力等耦合作用下运动的能力。基于外挂物投放数值模拟具有网格运动、非定常的特点,从网格重建、多重网格方法等方面探索了提高计算效率的途径和实现方法,结合并行化计算使分析周期大大缩短。以20个中央处理器(CPU)为例,并行计算和3层多重网格使计算速度提高约40倍,同时分布式存储、并发计算的特点缓解了对单节点的内存需求,解决了工程应用中受计算周期、网格规模等限制的难题。为了验证本文方法的正确性,对外挂物投放标模实验进行了数值仿真,计算得到的外挂物运动轨迹在0.5 s时间范围内与实验值基本吻合;对分离过程后半段出现的偏差,从气动力变化的时间历程上进行了说明,提出偏航力矩的误差和累积效应导致了预测出现偏离,对关键的分离初始阶段,该方法可以取得令人满意的效率和精度。     

虚拟现实技术在飞行器级间分离仿真中的应用

主要讨论应用虚拟现实技术进行飞行器级间分离仿真分析的方法。给出了飞行器级间分离仿真时用于控制飞行器模型运动的虚拟世界结构，并且据此建立了一个包括飞行器模型和场景模型的虚拟世界。基于Matlab和Simulink，还给出了将虚拟世界与其它的计算程序结合起来的方法，实现计算、仿真、显示一体化。基于此框架，通过流体力学、飞行力学计算以及级间相对姿态和位置的计算和分析．研究讨论了飞行器级间分离碰撞干扰问题，为级间分离方案和分离机构设计提供了依据。     

超声速内埋武器不同分离方式分析

为给高空高速无人机内埋武器分离方式的选择提供权衡依据,建立了弹舱及弹体模型,采用chimera嵌套网格方法与Menter SST k-ω湍流模式,对舱内重力投放、舱内弹射投放及舱外重力投放三种内埋武器分离方式在高空高速条件下的内埋武器分离过程进行了仿真分析,对比了三种分离方式分离过程的流场特性与弹体运动参数。结果表明,在Ma=3.7,高度为2.5 km的条件下,舱内弹射投放与舱内重力投放能够使内埋武器安全分离,舱外重力投放在高空高速条件下无法完成内埋武器的安全分离,弹体无法快速下落并伴有大幅振荡,威胁无人机的飞行安全。     

FL-23风洞级间分离与网格测力试验系统

近年来,随着飞行器研制不断高速化发展,一些型号要求在超声速条件下实现级间分离与网格测力试验。为了实现超声速飞行器级间分离与网格测力风洞试验,利用FL-23跨超声速风洞独有的投放机构,通过对上、下支撑及其控制系统进行改造升级,实现了X、Y两个方向的复合运动,建立了马赫数0.3～4.0的级间分离系统。经过多期型号试验验证,该系统对模型定位控制精度达到要求,满足飞行器高马赫数下开展级间分离与网格测力风洞试验需求。     

基于网格测力数据的多体分离轨迹预测方法研究

将基于风洞网格测力试验数据建立的气动力模型与刚体运动方程进行耦合求解得到多体分离轨迹-时间特性，建立了一种多体分离的离线轨迹预测方法。为了提高气动力模型的预测精度，针对移动最小二乘法（MLS）模型提出一种新的权函数形式，针对Kriging气动力数学模型通过加入样点预处理提出了Kriging-Pre数学模型。研究方法应用于来流马赫数6条件下，某并联两级入轨飞行器标模的分离特性研究。研究表明采用改进的两种气动力数学模型均可有效提高分离轨迹预测精度，得到与CFD以及风洞试验定性一致的结论。验证了本文提出的离线轨迹预测方法可以满足当前多体分离特性定性分析需求，具有较高时效性。     

侧向甲板运动补偿技术研究

 为提高着舰的安全性, 减小着舰误差, 研究了侧向甲板运动补偿机理, 设计了雷达测量轴跟踪滤波器, 导出了侧向甲板运动补偿指令模型, 建立了甲板运动补偿状态下侧向自动着舰导引系统结构配置, 仿真表明, 开发的甲板运动补偿技术可有效地补偿由海浪引起的着舰误差。     

Three-dimensional analysis of relationship between relative orientation and motion modes

Target motion modes have a close relationship with the relative orientation of missile-totarget in three-dimensional highly maneuvering target interception. From the perspective of relationship between the sensor coordinate system and the target body coordinate system, a basic model of sensor is stated and the definition of relative angular velocity between the two coordinate systems is introduced firstly. Then, the three-dimensional analytic expressions of relative angular velocity for different motion modes are derived and simplified by analyzing the influences of target centroid motion, rotation around centroid and relative motion. Finally, the relationships of the relative angular velocity directions and values with motion modes are discussed. Simulation results validate the rationality of the theoretical analysis. It is demonstrated that there are significant differences of the relative orientation in different motion modes which include luxuriant information about motion modes. The conclusions are significant for the research of motion mode identification,maneuver detection, maneuvering target tracking and interception using target signatures.     

Research progress of space non-pyrotechnic low-shock connection and separation technology (SNLT): A review

Space missions have become diversified in recent years, where connection and separation devices play a crucial role as key components of various spacecraft. Traditional pyrotechnic devices have the advantages of large carrying capacity, rapid motion and functional reliability. However, their shortcomings such as great release shock, poor safety, unrepeatability and other prominent defects make them unsuitable for new generation spacecraft such as microsatellites to separate at low shock or lock repeatedly, etc. Therefore, it is necessary to develop space non-pyrotechnic low-shock connection and separation devices (SNLD) which are required for advanced aerospace missions. In this paper, the progress of the research on space non-pyrotechnic low-shock connection and separation technology (SNLT) is summarized and reviewed. Proceed from the principle of reducing shock for non-pyrotechnic devices, present studies are classified from the perspective of actuating technology and systematic designing methods. For non-pyrotechnic actuating techniques, according to different driving sources, the separation devices are classified into several main categories: electric, magnetic, gas and thermal actuating devices. The actuation principle and application prospect of separation techniques are introduced and the working process, dimension and mechanical properties of typical devices are compared and evaluated. For the systematic designing method, the common mechanism types of SNLDs are summarized according to the designing concept of reducing shock. Then connection configurations are classified according to the structural forms of connection devices, of which the principles, bearing capacities and general applications are discussed. This paper systematically summarizes the key problems, puts forward the future development trend of SNLT, and points out the breakthrough direction for related scholars.     

Aerodynamic characteristics of store during lateral jet assisted separation from cavity using free drop technique

Aimed at the problem of store separation from internal cavity, this paper innovatively puts forward a separation scheme of using lateral jet to assist store safe separation. The jet ensures that the store is continuously subjected to down head moment during separation, so as to ensure safe separation. The wind tunnel free drop test technique with lateral jet is established, which can ensure that there is no support interference in the motion process of the store and more truly simulate the motio...