用 Clohessy-Wiltshire 方程求解航天员出舱运动轨迹

应用航天器相对运动动力学Ｃｌｏｈｅｓｓｙ－Ｗｉｌｔｓｈｉｒｅ方程,求出方程的分析解,研究航天员出舱后的运动轨迹。其结论可推广到对接航天器分离后的运动轨迹、卫星和运载分离后相对运动轨迹、航天器上抛射物体的相对运动轨迹     

相邻两航天器相对运动近似方程的解析解及比动能方程

给出了地心引力场中受控航天器相对目标航天器运动的推力加速度随时间线性变化时Hill方程的解析解，根据Hill方程导出了受控航天器相对目标航天器运动的比动能方程，并讨论了比动能方程在上述两天器轨道相遇和轨道交会问题中的应用。     

空间非合作目标的逼近控制仿真研究

近距离的相对运动逼近过程是空间在轨服务中非常重要的一个阶段.对该过程的动力学与控制过程开展研究,建立服务航天器向目标航天器逼近过程中的相对姿态运动模型和相对位置运动模型,在目标航天器本体坐标系下,采用直线逼近制导律,基于经典的比例-微分控制律对逼近过程中的相对运动状态进行跟踪控制.最后,建立Simulink动力学模型并开展仿真分析,仿真结果表明六维相对运动模型的可靠性以及控制方法的有效性.     

航天器在轨服务接近策略研究

为解决航天器在轨服务中如何接近目标航天器的问题,研究了服务航天器的接近策略。从Hill方程出发,深入分析了航天器的相对运动,得到了椭圆型、振荡型、跳跃型和飞越型四种基本的相对运动类型;通过组合基本相对运动,提出了异面接近、盘旋接近、全向接近和共轨接近四种接近策略,并对其形成过程、速度增量需求和应用范围等方面进行了分析。分析结果表明:异面接近策略可以节省大量推进剂,但应用范围受到限制;其他策略具有较广的应用范围。     

空间交会最终平移段控制策略

提出空间交会最终平移段的控制方法,选取追踪航天器的相对位置与姿态角作为控制变量,同步控制追踪航天器的质心运动与姿态运动,修正制导机动执行偏差的影响,使目标航天器保持在光学导航视场范围之内,且满足对接操作对追踪航天器状态的要求。     

柔性空间机械臂在轨操作仿真与分析

针对挠性航天器利用柔性空间机械臂在轨操作目标进行分析.首先利用Kane方程和假设模态法对挠性航天器上安装有柔性空间机械臂的系统进行动力学建模.其次,采用修正的罗德里格斯参数描述机械臂末端相对服务航天器的姿态,利用五次多项式对机械臂末端的相对位置与姿态进行规划,并将目标航天器的相对运动进行补偿,基于雅克比矩阵的广义逆求解机械臂关节运动规律.然后,将反馈控制与扩张状态观测器结合,分别设计了航天器姿态稳定控制器和机械臂轨迹跟踪控制器.最后,对柔性空间机械臂捕获目标航天器以及安装模块的过程进行闭环数值仿真,结果表明,所设计的控制器能够使机械臂跟踪期望轨迹,同时使得航天器姿态趋于稳定,机械臂可以较高精度完成在轨操作.     

基于分段常值推力的水滴悬停构型控制策略

针对航天器编队飞行任务对相对运动控制的要求,研究了在分段常值推力控制下航天器受迫绕飞构型的设计与控制问题。首先,基于脉冲控制下的水滴悬停构型,提出了多段常值推力控制实现水滴悬停构型的打靶方程;将打靶方程转化为求解极值问题,采用最小二乘法来求解;分析了一段常值推力可行性。然后,以连续常值小推力控制方程为基础,推导了小邻域定理,分析了近距离相对运动条件下两段常值推力控制的可行性;针对可能出现求解精度差的问题,提出了小推力增量方程来修正精度,并证明在靠近理想解的情况下多次迭代可以趋近于理想解。最后,通过数值仿真实现常值小推力控制下的水滴悬停相对运动。数值仿真结果表明常值小推力控制策略可行,研究成果完善了航天器受迫绕飞构型设计与控制的相关理论,为工程应用提供参考。      

基于普吕克直线的交会对接相对位姿确定算法

为了描述航天器交会对接中的相对位置和姿态测量信息,提出了结合特征线的双目视觉测量以及普吕克直线方程来进行航天器交会对接的相对位姿测量算法。传统算法中航天器的相对位姿是分开测量和计算的,普吕克直线方程则统一描述了两个航天器的相对位姿信息。首先采用双目视觉算法计算得到目标航天器中两条非共面直线在追踪航天器下的坐标值,然后根据普吕克直线方程得到这两条直线在两个坐标系下的相对位姿关系,最后通过采用奇异值分解的方法解算出两个航天器间的相对位姿信息。仿真结果表明该算法不仅实现了位置和姿态的统一测量,而且能够满足航天器交会对接相对位姿的测量要求,验证了该算法的科学合理性与解算快捷性。     

基于马达代数的交会对接相对位姿测量算法

精确测量追踪航天器与目标航天器之间的相对位姿关系是成功完成航天器交会对接任务的关键。传统的位姿测量算法将旋转和平移分而视之,破坏了三维运动的统一性,同时增加了算法的复杂性和计算难度。针对这个问题,采用双目视觉测量方法,在马达代数框架内,以两个特征光点确定的特征直线为变换基元,统一描述并设计算法测量追踪与目标航天器之间的位姿关系,最终将两航天器之间的相对位姿解算问题简化为求解两个线性方程组。该方法在计算形式上更为简洁,且测量受特征光点的安装位置限制较小。仿真结果表明,算法具有较高的精度和稳定性,可以满足航天器交会对接任务的要求。     

水平冲量多弧段交会过程中机动点的误差修正

探讨利用二次冲量法修正交会过程中两航天器机动点的误差;推导了误差修正所需冲量的理论解,并在基准相对运动方程中进行数值仿真;所得的结论说明该方法是可行的。     

连续常值推力机动分析与应用

连续常值推力机动是空间飞行常用的轨道机动方式。其中,小推力适合于地球轨道航天器交会机动,而切向或周向推力以及较大的正径向推力可用于脱离地球引力场的逃逸飞行,执行星际交会使命。应用常推力作用下的质心运动方程,对机动推力的量值没有限制;在航天器交会应用中,对相对距离也无要求。这种方法可直接获得向径、轨道速度等参数随时间或极角(绕地心的转动角)的变化,便于分析轨道转移与逃逸运动,有助于飞行使命与运动轨迹的设计。特别是,若机动转移的初轨为圆轨道,在推力较小、飞行时间不长的情况下,应用量纲1形式的运动方程,可获得具有工程应用价值的近似解。     

Attitude stability and periodic attitudes of rigid spacecrafts on the stationary orbits around asteroid 216 Kleopatra

In this work, equilibrium attitude configurations, attitude stability and periodic attitude families are investigated for rigid spacecrafts moving on stationary orbits around asteroid 216 Kleopatra. The polyhedral approach is adopted to formulate the equations of rotational motion. In this dynamical model, six equilibrium attitude configurations with non-zero Euler angles are identified for a spacecraft moving on each stationary orbit. Then the linearized equations of attitude motion at equilibrium attitudes are derived. Based on the linear system, the necessary conditions of stability of equilibrium attitudes are provided, and stability domains on the spacecraft’s characteristic plane are obtained. It is found that the stability domains are distributed in the first and third quadrants of the characteristic plane and the stability domain in the third quadrant is separated into two regions by an unstable belt. Subsequently, we present the linear solution around a stable equilibrium attitude point, indicating that there are three types of elemental periodic attitudes. By means of numerical approaches, three fundamental families of periodic solutions are determined in the full attitude model.     

基于像素间孤波的图像处理模型分析

通过对数字图像像素栅格之间非线性影响的研究,建立了像素间非线性影响的一维和二维时间演化方程模型,通过对方程模型的分析可知图像在空间上是离散的,图像像素之间的作用关系是非线性连续的,且方程具有解析性的孤波解.模型重点研究像素孤波的两个孤波之间的相互作用,给出了像素孤波的二孤波解,利用像素孤波的相互作用来研究模型的性能,发现像素孤波相互作用后仍能保持自身性质不变,因此可用像素孤波代替像素本身.同时发现像素孤波在相互作用时其幅值是两者的非线性叠加,可以作为影响的结果;并且像素孤波相互作用时其相位会发生特定的改变,可以将其映射为像素之间相互影响的方向信息.通过实验表明,模型可以用在图像滤波中,平滑度并不最优但是图像细节得到更多保留.      

An improved Green's function for ion beam transport.

Ion beam transport theory allows testing of material transmission properties in the laboratory environment generated by particle accelerators. This is a necessary step in materials development and evaluation for space use. The approximations used in solving the Boltzmann transport equation for the space setting are often not sufficient for laboratory work and those issues are the main emphasis of the present work. In consequence, an analytic solution of the linear Boltzmann equation is pursued in the form of a Green's function allowing flexibility in application to a broad range of boundary value problems. It has been established that simple solutions can be found for high charge and energy (HZE) ions by ignoring nuclear energy downshifts and dispersion. Such solutions were found to be supported by experimental evidence with HZE ion beams when multiple scattering was added. Lacking from the prior solutions were range and energy straggling and energy downshift with dispersion associated with nuclear events. Recently, we have found global solutions including these effects providing a broader class of HZE ion solutions.     

有限元网格结点编号

在有限元分析中,求解高阶线性代数方程组时整体刚度矩阵所需存储与由网格结点编号决定的顺序有关.在基于等带宽存储的求解法与基于变带宽存储的求解法的基础上推导出它们的关系.据此,提出了有限元网格结点编号的前沿法与矩形法,并给出了这两种编号法的内存消耗与结点数量的关系.理论分析和实例表明这两种编号法能有效地减少计算机内存消耗.     

太阳黑子的纤维结构

本文采用文献[1]所发展的方法求解非轴对称磁静平衡方程,以解释太阳黑子的纤维结构。结果表明,在黑子半影区中的暗纤维对应着强磁场区。      

并联式运载器的垂直发射建模与控制

为了有效控制垂直发射时并联式运载器的运动,设计了一个用于垂直发射的姿态控制方法,首先分析了欧拉运动学方程存在的奇异点,在此基础上给出了采用四元数描述的姿态运动学方程,建立了并联式运载器的姿态动力学模型,其次给出了并联式运载器的推力矢量模型,基于数学模型对推力矢量在不同配置方式下的控制效率进行了比较,最后给出了保证四元数收敛的切换函数,应用变结构控制理论设计了对于满足一定条件的不确定性具有完全鲁棒性的姿态控制律.仿真结果表明了该姿态控制方法的有效性.      

航天运载器磁悬浮助推发射关键技术

以航天运输为背景,研究了磁悬浮助推发射的磁悬浮、直线电机、空气动力影响和运载器分离发射等关键技术问题.通过磁悬浮系统比较,确定高温超导体EDS(Electrodynamic Suspension)系统是适合的磁悬浮技术方案,在单元静、动态实验测试基础上,研究其基本静态悬浮导向性能和刚度、阻尼特性,并建立缩比研究试验平台以评估磁悬浮系统的综合性能.通过分析2种直线电机类型及优缺点,确定双边感应直线电机是适合磁悬浮发射系统的一种直线电机加速方式,并确定脉冲磁流体发电的能量供给方案.通过磁悬浮发射空气动力影响分析,优化设计磁悬浮发射装置气动外形和气动布局,得出其基本气动特性,并提出利于实现系统俯仰力矩平衡的气动翼控制方案.研究了运载器同时滑离导轨式定向器分离发射方案,并通过动静法计算分析得出运载器从定向器滑轨上成功分离所需具备的基本动力学参数.      

基于RLV飞行过程的氢氧发动机参数设计模型

为了考察氢氧发动机参数选择对可重复使用运载器性能的影响,基于氢氧发动机参数建立了可重复使用运载器入轨飞行过程的计算模型,包括运载器运动方程、飞行控制条件和质量模型,研究了发动机混合比对运载器飞行参数和运载器质量的影响规律.在运载器总质量恒定的情况下,随着发动机混合比由4增大到14,推进剂质量和发动机质量先减小后增大,储箱质量减小,三者的综合效果使得有效载荷质量先增大后减小.      

一类拟线性椭圆型方程正整体解的存在性

以 Schauder-Tychonoff 不动点定理为工具, 对非线性项在新的条件下, 在 R n中讨论了一类二阶拟线性椭圆型方程正有界整体解的存在性和多解性. 在许多文献中, 考虑了半线性椭圆型方程正有界整体解的存在性和多解性,本文把半线性方程的结果推广到拟线性方程,从而发展了半线性方程的结果.