我国载人登月重型运载火箭动力系统探讨

月球研究与利用是21世纪航天发展的重点之一。根据载人登月的需求,探讨了我国重型运载火箭及其动力系统的技术途径,提出研制大推力液氧/烃和液氧/液氢发动机的设想。重点论证了大推力下面级发动机的推进剂组合、动力循环方式及推力量级,认为该发动机推进剂应选择环保、廉价及高性能的液氧/烃组合,动力循环方式应采用先进的补燃循环或低成本的燃气发生器循环,推力应为4000kN左右。     

飞行仿真转台混合灵敏度设计

以ET－ⅢA型电动伺服转台为背景，在分析了转台系统的不确定性及其性能指标要求的基础上，利用H∞混合灵敏度方法对转台系统速度环进行了设计，并通过计算机实现控制算法，最终的调试结果满足系统的性能要求，从而验证了设计方法的可行性和有效性。     

高雷诺数湍流横侧射流的大涡模拟

采用大涡模拟(LES)方法研究横向主流与壁面射流均为高雷诺数的壁面横侧射流(JICF),采用动态Smagorinsky涡粘模型对亚格子尺度进行封闭。数值模拟结果中,近场和远场的平均速度、均方根值均与实验结果符合很好。瞬时压力等值面在射流迎风侧与射流迹线成正交关系,表明JICF近场迎风涡是由于射流出口上游剪切层Kelvin Helmholtz不稳定性引起的。基于长度尺度RD,Broadwell和Breidenthal提出了射流迹线公式,通过拟合数值模拟结果得到公式中常数A=1.35,B=0.3。采用平均流线、平均场涡量与Q准则分析三维涡旋结构。横向主流遇到射流后发生夹带现象,在射流出口下游受涡旋结构的影响发生卷起;平均涡量等值面表明,反向旋转涡对(CVP)的涡旋方向与射流出口下游马蹄涡两个分支的涡旋方向相反;由于横向主流和射流雷诺数较高,Q准则表征的涡旋结构在射流出口下游一倍射流直径位置开始发生破碎。     

基于像素抽样的快速互相关图像匹配算法

在不同大小的实时图像(假定为小)和基准图像(假定为大)的匹配算法中，最常用的方法是互相关匹配算法，但如果对每个点都计算二维相关函数则计算量非常大。文章提出对图像的匹配采用粗、精两步快速匹配的方法：首先将实时图像每一列灰度值相加，形成一个一维信号，用此一维信号到基准图生成的一维信号中用一维相关函数进行粗匹配，实现降维和提高速度的目的。然后将相关函数值中较大的一些点作为备选点，在原图中利用这些不多的备选点计算二维相关函数，相关函数值最大的点即为最佳匹配点，实现精匹配。在一维匹配中采用隔4列、隔3行取一个点的像素抽样方法以提高粗匹配速度。实验结果表明了文章算法的快速性和准确性。     

湍流贫燃预混射流火焰的大涡模拟

为了研究高Karlovitz(Ka)数下湍流预混火焰的驻定机制和火焰结构,采用化学热力学建表方法结合假定概率密度函数(PDF)模型,对值班预混射流火焰(PPJB)进行大涡模拟(LES)研究。选取自点火模型作为建表模型,使用假定PDF模型考虑湍流和化学反应之间的相互作用,其中假定双混合物分数的概率密度分布为Dirichlet分布,反应进度变量的概率密度分布为β分布。模拟结果表明,能较好预测PPJB火焰的温度和主要组分的分布。使用中间组分(CO和OH)的质量分数来定性描述PPJB火焰结构,结果表明高Ka数下火焰结构受到湍流涡旋的显著影响。     

采样控制系统H_∞设计方法及在飞行仿真转台中的应用

给出了一种基于提升技术的采样控制系统Ｈ∞设计方法，并结合某高频响电动仿真转台系统的实际情况，给出了一种能够考虑系统中连续信号的全部信息，以系统的连续指标为设计目标的仿真转台系统数字控制器设计方法。仿真表明方法可行并具有优越性。     

用于重力梯度仪标校的引力产生装置轨迹优化方法

本文主要讨论一种利用引力产生装置轨迹的移动进行引力梯度测试、标定和校准的方法。首先研究了引力产生装置对重力梯度测量系统的作用力影响,给出旋转式重力梯度仪的测量原理,推导了引力产生装置在重力梯度仪测量系统中的引力梯度信号输出表达式。文中设定了引力梯度测试参数,比较引力产生装置在空间中的不同位置移动区域产生的引力梯度信号的输出变化范围,确定引力产生装置的最佳轨迹。最后对重力梯度的测试标校方法作进一步分析。     

基于重力梯度测量系统的组件结构模态分析

重力梯度测量系统设计过程中,对重力梯度旋转平台中仪表的位置特性有严格要求。按照传统的设计流程,等到结构件设计、安装完毕再进行振动试验能充分反映结构的真实位移,但是会消耗大量的时间及人力成本,效率较低。对此,本文采用数值模态分析方法在实际生产之前对整体结构进行了较为详尽的有限元分析,计算出了前十阶模态频率和振型,并且检验了结构设计中的刚度问题。对样机结构进行修改,从而保证了一阶主频率达到539.74 Hz,从而满足了航空搭载的环境要求。对整体结构的模态分析为重力梯度旋转平台工程样机的研制奠定了基础。     

利用X射线脉冲星和多普勒频移的组合导航

为了提高航天器自主导航能力,提出了一种利用X射线脉冲星和多普勒频移的组合导航方法。多普勒导航利用相对于太阳的多普勒径向速度作为量测信息,该方法不能得到所有的状态估计。脉冲星导航系统具有完全可观测性,但是滤波周期较长,不能提供连续的导航信息。因这两种方法具有互补性,利用联邦滤波器来融合脉冲星导航与多普勒导航提供的信息。由于两种方法的量测方程与状态方程都是非线性的,采用无迹卡尔曼滤波器(UKF)作为子滤波器。实验结果验证了该导航方法的可行性和精确性。与脉冲星导航方法相比,该组合导航方法可提供更高的位置估计精度。     

辐射带AP9模式在南大西洋异常区的系统性量化评估

针对目前辐射带AP9模式量化评估不够系统的问题，基于F_10.7指数确定高、中、低太阳活动水平，以三种太阳活动水平条件下NOAA-15观测的140~500MeV的全向质子通量为参考数据，以南大西洋异常区为对比区域，定义边界吻合度和大小量级差为评估指标，将辐射带AP9模式分别与AP8模式和参考数据进行对比，对AP9模式进行系统性量化评估.结果表明，AP8和AP9模式均能重构出南大西洋异常区，但AP8模式重构的南大西洋异常区轮廓与观测结果更为吻合.平均而言，AP8和AP9模拟结果均比观测值高，AP8比AP9更接近观测值.太阳活动水平越低，AP9与观测之间的差距越小.