火星探测巡航段天文自主导航方法研究

对于火星探测巡航段的自主导航问题,提出了一种基于太阳及行星观测的自主导航方法。在巡航段初期及后期,根据探测器在太阳系中的位置关系,分别选择太阳、地球及太阳、火星作为观测目标,采用星载太阳敏感器和光学相机测量导航天体实现矢量,建立观测方程。利用非线性扩展卡尔曼滤波,分别建立两种观测方案对应的导航算法。仿真结果表明巡航段导航定位精度优于100 km,定速精度1 m/s。该方法实现简单,系统资源要求不高,对未来火星探测具有一定的工程参考价值。     

无阻力双星编队的满系数矩阵MIMO定量反馈控制

研究由两颗无阻力卫星构成的、用于重力场测量的松散式编队相对位置控制方法,主要解决编队控制所产生的非重力加速度在重力场测量频带内的干扰抑制问题。首先,选取双星位置中点作为编队系统质心,建立了考虑J2摄动项的双星相对动力学模型。然后,根据定量反馈理论（QFT）确定系统在频域内的跟踪性能、鲁棒稳定性、输入干扰抑制等约束。与当前常规的对角型QFT控制器设计方法不同,本文针对编队系统的多输入多输出（MIMO）通道强耦合特性,设计了更具一般性的满系数矩阵鲁棒控制器,不但实现了闭环控制回路整定、通道解耦和稳态收敛,还有效抑制了编队控制量功率谱在科学测量频带内的干扰。最后,通过在时域中的数字仿真校验了该方法控制器的有效性和鲁棒性。     

PN制导律多模型自适应辨识滤波方法

针对导弹主动防御应用中拦截导弹制导行为辨识问题,提出一种比例导引（PN）制导律多模型辨识滤波方法,对拦截导弹加速度和制导律导航常数进行辨识。采用非线性可观性理论对制导模型的可观性进行了分析。得出在拦截导弹使用PN制导律时,制导模型可观的充要条件。与以往工作相比,该方法考虑了拦截导弹末制导初期由于瞄准误差校正而引起的控制器饱和现象,在拦截导弹执行器处于饱和或退出饱和阶段都能精确对制导律进行辨识。另外,以往工作假定PN制导律常数已知,该方法将PN制导律常数当做制导模型的一个状态进行估计。仿真结果校验了所提方法的性能。     

柔性卫星角加速度轨迹规划与振动抑制方法

针对柔性卫星在快速机动过程中会激发柔性附件振动的问题,提出一种通过设计角加速度轨迹来抑制振动的方法。在存在振动频率不确定性的情况下,所规划的角加速度轨迹能够将残余振动幅值抑制在指定的范围内。类比不同幂次余弦函数激发的残余振动表达式,设计一种含有多个待定系数的角加速度曲线,并根据残余振动幅值对待定系数进行约束,从而求解出所有的待定系数。这种设计方法改进了余弦函数抑制低频振动需要增加较大机动时间的问题。相比输入成型方法,所规划的轨迹光滑,增加的机动时间较短,对高频振动有着更好的抑制效果。     

月壤剖面锥型螺旋刃成孔钻头设计

针对月壤剖面钻进成孔探测需求,提出一种锥型螺旋刃成孔钻头,建立其钻进排屑性能的理论模型,并以此开展钻头结构参数的优化设计。在此基础上,分析螺旋刃切削姿态及其切削参数,基于直线刃平面切削理论建立锥型螺旋刃成孔钻头钻进切削负载预估模型,开展锥型螺旋刃成孔钻头模拟月壤剖面钻进负载特性试验验证。研究结果表明,相比于直线刃钻头,锥型螺旋刃成孔钻头的钻进排屑性能更优,而且钻进切削负载模型与试验结果具有较好的吻合度。研究成果对我国拟实施的月面钻取采样工程具有重要的借鉴价值。     

铝合金平板超高速撞击声发射信号S2模态特征分析

对铝合金平板上形成的超高速撞击(HVI)声发射(AE)信号S2模态的特征进行研究,分析其与损伤模式之间的关系。以3 mm厚5A06铝合金平板为研究对象,通过数值仿真获得不同撞击工况下的超高速撞击声发射信号,提取信号中的S2模态,并分析其幅值、能量、频谱等特征。结果表明,S2模态能量随传播距离呈指数衰减;分别随撞击弹丸直径和撞击速度的增加先下降后上升,且在弹丸直径与靶板厚度相近、临界撞击速度时最低。S2模态的中心频率随弹丸直径的增加而降低;随撞击速度的增加而增加;随传播距离的增加向1500 kHz移动。S2模态小波包系数呈凹性的频域范围分别随撞击速度和弹丸直径的增大变窄。在此基础上,当靶板形成穿孔损伤时,可根据S2模态的中心频率推测弹丸的直径;在传播距离和弹丸直径已知的前提下,可根据S2模态小波包系数呈凹性的频域范围推测撞击速度。     

供气周向不均匀对霍尔推力器放电特性及性能的影响

研究发现,由于气体分配器安装及制造误差,或者出气孔被溅射产生的粒子阻塞容易导致霍尔推力器周向出气不均匀。采用堵塞气体分配器出气孔的方式实现周向不均匀气体分布来研究供气周向不均匀程度对霍尔推力器放电特性及性能的影响,试验得到了不同情况下的电流特性、近场区离子电流密度分布以及整体性能参数。结果表明,出气周向不均匀导致放电电流增加,增量最大可达25%以上,放电电流振荡严重,同时减小了推力器的效率和比冲。     

热膨胀诱导的转子轴向窜动与摩擦振动

对非均匀温度场以及温度时变特征的影响进行量化,研究热膨胀引发的转静件间隙变化及其接触挤压,将Hertz点接触挤压模型改进为环带面接触挤压形式.在此基础上建立了考虑面摩擦作用的转子动力学模型.最后采用数值积分法对模型进行求解,并研究升温时段和恒温时段环带面摩擦力对系统的影响.分析表明热膨胀诱导的转静轴向间隙变化所引发的摩擦是转子系统典型故障之一,也是影响发动机正常运行的重要因素.      

卫星大角度姿态机动控制的SOS设计

由于卫星各轴角速度之间是相互耦合的,故当姿态作大角度机动时需要考虑其非线性的动力学特性。此外,表示姿态的运动学微分方程也是非线性的。针对这类非线性系统的控制设计,文章提出了一种采用平方和(SOS)的综合方法。虽然SOS法是一种数值计算的方法,但文中表明设计结果却具有清晰的物理意义。所得的控制律可以视为是非线性版本的PD控制。由于修正Rodrigues参数(MRP)本身特性的关系,控制输入会出现峰值,因而文章提出了一种饱和设计。根据此类姿态系统的无源性本质,可以证明饱和下系统的响应是收敛的。同时,提出了一种利用对角优势的设计思路来减少SOS法的数值误差。SOS法可以求解不容易解析求解的非线性问题,具有广阔的应用前景。