Design-to-Cost Applied Within an Integrated System Model

In an environment of declining financial budgets for space projects, new approaches - such as Design-To-Cost - are being implemented to improve today's satellite design processes. Using an example of a current mission (the power subsystem of the Solar Probe spacecraft) under study at NASA's Jet Propulsion Laboratory, the main part of the paper discusses an Integrated System Model (structured into a performance model, a cost model, and an effectiveness model) that is part of a model-based design process used to perform cost-effectiveness trades. A simulation tool is used during the first step to size the components of the power subsystem, and then simulate its performance during operation. The determined dimensions are transferred into an EXCEL^TM-spreadsheet and linked to the components' costs. With a cost accounting tool that combines cost estimating relationships with the Work Breakdown Structure of the power subsystem, the life-cycle cost of each alternative design concept is computed. To determine the cost-risk of the different design alternatives for each component, cost probability distributions are introduced. By performing Monte-Carlo simulations, cost sensitivities are revealed. In the next step of the trade study process, the effectiveness of the alternatives is analyzed. Having determined cost and effectiveness, estimates can be made for where the different alternatives lie in the design space. The last part of the paper identifies the main drivers for the spacecraft's performance and cost. Finally it is shown how the mission design benefited from the Integrated System Model and from the application of Design-To-Cost.     

激光光纤准直系统的试验研究

介绍一种新的激光准直系统,该系统通过单模光纤建立新的光发射基准,从而有效地抑制了由于激光腔热变形而产生的光束漂移。另外,该系统采用了标量卡尔曼数字滤波器耒降低大气扰动和其他环境因素对测量的影响,在2.5m的测量范围内,系统稳定性可以控制在±1.5μm以下。该系统适用于作为形状误差和运动误差测量时的直线基准。     

充气气囊减速方案的气动设计研究

减速是航天飞行器必须面对的问题。充气气囊减速方案利用柔性编织材料外加涂层方式构成气囊，利用气体发生器快速产生高压气体，集防热、减速和着陆减振功能于一体，重量轻、成本低、适用范围广、可靠性高。设计了满足减速需求的气囊外形，利用数值求解NS方程和工程计算方法进行了气动力的预测和比较分析，利用六自由度动力学模型与气动力的耦合计算，对减速效果进行了计算与分析，并对热环境、温度场、应力、热应力及变形进行了计算，还对分离不确定性进行了研究。地面引导性风洞试验和理论分析表明，充气气囊减速方案具有十分明确的减速效果和优点，可用于未来航天飞行器实现减速飞行目的的技术方案。     

以目标机场为初始目的地备降场的二次放行

对二次放行飞行计划时能否以最终目标机场做初始目标机场的备降场等问题进行了讨论,通过理论分析和实际计算证明:以最终目标机场做初始目标机场的备降场的二次放行,一般不能增加业载,而且会使业载减少.当以最终目标机场做初始目标机场的备降场时,如果在二次放行点的剩余油量少于正常情况的再次放行所需油量,但满足做无备降场的二次放行的油量和气象条件的要求,可以由二次放行点再次放行到最终目标机场.     

航天航空中急性缺氧条件下功效改变的研究

受试者为84名男性青年和实验工作人员,在低压舱1500、2500、3000、4000、5000和6000米高度上停留60分钟。每次实验一个高度,总共133人次。实验中,记录了数字记忆、听觉警觉和跟踪操作等多项功效指标。应用统计和模型方法对结果进行了分析,并试用模糊集理论对五种基本功效进行综合评定,得到了急性缺氧下功效改变有意义的结果。这些结果可为飞行员执行飞行任务,航天员在船舱内或穿着航天服在舱外执行任务及制订医学保证方案提供了科学依据。     

箭体上的凸起物对火箭气动特性的影响

综合大量实验研究结果,本文给出了火箭箭体上的环形凸起物和纵向凸起物对火箭气动特性的影响。其中最主要的是改变滚转力矩的大小和方向。而这正是姿态控制系统设计的重要依据之一。因此,给出凸起物的设计原则,对火箭气动设计有实际意义。     

喷管扩散段型面对固体发动机性能的影响

通过计算喷管二维两相流和边界层比冲损失,研究了喷管扩散段型面对其性能的影响。研究结果表明：在喷管扩散段长度一定的情况下,膨胀比有一最佳值,超过该值,喷管性能反而下降;在膨胀比一定的情况下,在一定长度范围内喷管越长,其性能越高。从而得出,为使综合性能达到最佳,在一定膨胀比下喷管扩散段长度应取喷管出口直径的1～1．25倍。该结论可供设计人员参考。     

基于空间两点的视觉自主着陆导引算法设计

为提高无人机着陆效率,从着陆速度向量场和导引律设计两方面研究改进。首先,基于椭圆设计速度向量场,实现飞行路程更短、机动性能要求更低的着陆轨迹。然后,基于像素坐标系与机体坐标系的关系,设计无人机的航迹方位角指令;以椭圆切线方向为参考,结合合作矢量特征,设计航迹倾斜角指令;利用图像信息,设计速度大小指令。最后,理论比较了传统轨迹与提出轨迹对方向机动性性能的要求,给出了轨迹参数与无人机方向机动性性能的关系。利用Simulink搭建系统仿真平台,计算满足要求的合作矢量特征。结果表明,无人机以曲线轨迹准确软着陆到目标,满足实际运用的需要。      

高超声速飞行器预设性能反演控制方法设计

为解决吸气式高超声速飞行器的飞行控制问题,提出了一种新型预设性能神经反演控制器设计方法。通过构造预设性能函数,保证速度跟踪误差和高度跟踪误差能够按照预设的收敛速度、超调量及稳态误差收敛至期望的区域,同时满足系统预设的瞬态性能和稳态精度。在反演控制设计结构下,引入径向基函数（RBF）神经网络对模型未知函数及不确定项进行逼近,提高了控制系统的鲁棒性。引入的RBF神经网络中仅有一个参数需要在线更新,有效提高了控制准确性,避免了通常反演控制方法中经常出现的"微分膨胀问题",并降低了计算量。通过仿真实验验证了所设计控制系统的有效性和可行性。      

离心压缩机密封及空腔流动的一维/三维耦合建模研究

为了在保证数值预测精度的同时降低离心压缩机的建模复杂度,以一维密封泄漏计算替代完整的密封及空腔建模,开展了离心压缩机盖盘密封及空腔流动的源项建模方法研究。结果表明:基于源项方法的密封及空腔简化建模仅需在主流道建模基础上施加泄漏质量流量、总温和摩擦损失源项边界条件,即可较高精度地还原完整的盖盘密封及空腔建模的性能和关键流动细节。与完整建模相比,在全工况下源项建模预测的等熵效率的绝对偏差小于0.65%,总压比和等熵效率的相对性能偏差小于1%。该方法可在满足下游部件匹配设计精度需求的同时,减少50%以上的网格数量,并显著提高计算的经济性和收敛性。泄漏流量的计算精确度是影响源项建模法性能预测准确性的最关键因素,耦合建模可以采用一维计算中推荐的密封泄漏系数值。