复杂动力学模型下星载天线跟瞄控制技术研究

针对星载天线动力学复杂这一问题,从天线系统刚柔耦合动力学建模、指向跟踪控制以及振动抑制等方面研究了柔性星载运动部件的指向控制方法。首先,通过描述系统几何拓扑关系建立系统运动学方程,从而简化动力学建模过程;之后,利用假设模态法,对天线反射面挠性进行建模;最后,将拉格朗日方程与挠性关节模型相结合,从而建立了星载天线非线性刚柔耦合动力学模型。在以上复杂动力学建模的基础上,采用分层设计的思路进行了控制策略设计：先运用基于计算力矩法的滑模控制器得到不考虑挠性关节的耦合控制律,从而保证卫星基体的稳定性以及天线挠性反射面的振动抑制;再使用反步法对挠性关节进行控制,实现对天线反射面的指向精度控制。最后,讨论了动力学参数不确定性对系统跟踪指向控制的影响并采用数学仿真的方式验证了相关动力学模型与控制算法。仿真结果表明该方法能较好地实现对星载天线的指向跟踪控制以及振动抑制,提高星载天线的动态指向精度。     

基于压电纤维复合材料的航天器动力学建模与振动抑制

压电纤维复合材料(MFC)在柔性航天器的振动主动抑制中具有很好的应用前景。利用哈密顿原理和压电驱动的载荷比拟方法,建立了带MFC压电驱动的离散形式的刚柔耦合动力学方程,采用线性二次型最优控制(LQR)算法进行主动控制。结果表明：在航天器的柔性体受到脉冲载荷激励条件下,使用MFC驱动器可以实现航天器挠性振动的快速抑制,并且同时保持中心刚体姿态的稳定性,即能够实现挠性振动与姿态运动的协同控制。基于MFC的主动控制方法对于高频响应也具有较好的控制效果。对于柔性占优的航天器,采用MFC的主动控制优于被动控制。本文方法在处理具有复杂柔性体的航天器时更具优势,更适合于工程应用。     

水下巡检蛇形机器人移动单元结构设计及计算

随着经济蓬勃发展,水生农作物市场的需求量不断增长,水域水质检测行业显得日益重要,但人工水质水域检测效率低下,为此设计一套可以搭载检测传感器的水质检测蛇形机器人,以提高检测效率、降低检测成本、减轻人工劳动力度。为适应水下环境,该机器人具备小巧、灵活、机动性能好、转弯灵活、对复杂水域适应能力强、可检测不同深度水质的特点,在此针对机器人的移动单元结构设计及强度校核等问题进行分析,可为以后解决此类问题提供一种验证手段。     

Establishment of atmospheric weighted mean temperature model in the polar regions

Due to the special geographical location and extreme climate environment, the polar regions (Antarctic and Arctic) have an important impact on global climate change. Atmospheric weighted mean temperature (Tm) is a crucial parameter in the retrieval of precipitable water vapor (PWV) from the zenith wet delay (ZWD) of ground-based Global Navigation Satellite System (GNSS) signal propagation. In this paper, the correlation between weighted mean temperature and surface temperature (Ts) is studied firstly. It is shown that the correlation coefficients between Tm and Ts are 0.93 in the Antarctic and 0.94 in the Arctic. The linear regression Tm model and quadratic function Tm model of the Antarctic and the Arctic are established respectively using the radiosonde profiles of 12 stations in the Antarctic and 58 stations in the Arctic from 2008 to 2015. The accuracies of the linear regression Tm model, the quadratic function Tm model and GPT2w Tm model which is a state-of-the-art global Tm model are verified using the radiosonde profiles from 2016 to 2018 in the Antarctic and Arctic. Root Mean Square (RMS) errors of the linear regression Tm model, the quadratic function Tm model and GPT2w Tm model in the Antarctic are 3.07 K, 2.87 K and 4.32 K respectively, and those in the Arctic are 3.53 K, 3.38 K and 4.82 K, which indicates that the quadratic function Tm model has a higher accuracy compared to linear regression Tm model, and the accuracies of the two regional Tm models are better than that of GPT2w Tm model in the polar regions. In order to better evaluate the accuracy of Tm in the PWV retrieval, the PWV values of radiosondes are used for comparisons as the reference value. The RMS errors of PWV derived from the two Tm models are similar for 1.28 mm in the Antarctic and 1 mm in the Arctic respectively. In addition, the spatial and temporal variation characteristics of Tm are analyzed in the polar regions by spectral analysis of Tm data using fast Fourier transform. The results show that the Tm has obvious seasonality and annual periodicity in the polar regions, and the maximum difference between warm season and cold season is about 63 K. After comparing and analyzing the influences of latitude, longitude and elevation on the Tm in the polar regions, it is found that latitude and elevation have a greater influence on the Tm than the longitude. As the latitude and elevation increase, the Tm decreases, and vice versa in the polar regions.     

哨兵2卫星综合水质指标的河流水质遥感监测方法

上海市河流水污染监测是当前研究的热点问题。针对上海市河流水质监测的需求,提出了一种基于因子分析的河流综合水质遥感反演的方法。以欧洲航空局发射的哨兵-2A(Sentinel-2A)卫星搭载的多光谱成像仪获取的遥感影像,以及准同步获取的河流断面实测水质参数数据为例,研究对象为上海市青浦区和松江区部分河道。选取高锰酸盐指数、氨氮等5项主要水质参数为监测指标,在因子分析的基础上建立水质遥感反演的模型,得到综合水质指标用于确定水质类别。实验结果表明:综合水质指标值越小,内陆河流水质状况越良好,水体更清洁。该方法能够应用于内陆河流水质遥感监测,为水环境管理部门提供参考信息。     

西安某粘接材料厂室内供暖、热水系统的设计

基于厂方对供热系统的要求,根据供热建筑物、机房和可利用设施的实际情况,采用一台换热器,通过阀门的切换,实现了供暖和供热水的分段运行。将蒸汽发生器的进水与系统补水有机地整合为一个系统,有效地解决了机房面积过小的实际困难。利用自来水的压力和热水箱与浴室的高差解决了热水供应的实际问题。     

微藻反应器用于水气净化与产氧的功能验证

将微藻和电去离子技术引入密闭生态系统,设计单元反应器旨在验证其在空气再生、水净化和潜在食物的生产。在反应器中对尿液进行消解和NH4＋硝化转化得到超过90%NH4＋-N硝化为NO-3-N-的培养液适宜于螺旋藻养殖并获得高质量的微藻生物量;此时,CO2的平均吸收速率VCO2=458.6 mL/m3·min、O2产生速率VO2=616.5 mL/m3·min,即螺旋藻的同化系数VCO2/VO2≈0.74,接近人的呼吸系数VCO2/VO2=0.86;EDI法水净化率97%可直接回用。结果表明：该体系能实现CO2吸收、O2释放和螺旋藻生物量的生产,同时将水净化。     

沸腾换热在水卡式大热流传感器研制中的应用

为了实现MW级热流环境的长时间稳态测量,研制了一种新型结构的水卡式大热流传感器。该传感器采用U型水冷通道结构,基于沸腾换热理论进行换热设计,设计量程5~15 MW/m~2。在高温超声速燃气流试验台上进行了热流测试试验,实际测试量程3~25 MW/m~2。沸腾换热理论的应用可以在较小的水流速下实现MW级热防护,大大降低了设计难度。新型结构传感器相对传统的中心冲击结构换热效率更高,可实现的量程范围更大。     

提升民用飞机水废水系统运营经济性技术研究

基于现代民机绿色环保设计理念和对经济性的追求,减重是飞机设计中重点考虑因素,关于降低民用飞机水废水系统运营载重、提高运营经济性研究,国内外尚未发布公开文献。本文基于对航线用水统计数据研究,形成航线运营所需水量计算技术;基于我国航线飞行时长分布特点,提出基于航线实际运营时间和载客人数为需求、为系统设定分档加水设计技术。结果表明：与同类机型数据对比,本文的水量计算技术是有效的;分档加水设计技术能够有效地降低系统在航线运营过程中的运营重量,可以提升民用飞机水废水系统的运营经济性。     

超声速低声爆布局分层优化方法

声爆抑制是发展新一代超声速民机必须突破的关键技术。总体布局参数的合理设计可以使飞行器具有良好的声爆特性。为了提高全局进化算法在布局设计中的优化效率,提出一种基于数据挖掘的分层优化方法,利用数据挖掘中的决策树算法提取设计知识,获得设计变量分层信息,指导低声爆布局分层优化;针对某超声速低声爆飞行器,选取后掠角、上反角、展弦比、梢根比、长细比五个总体布局参数作为设计变量,开展分层优化数值实验,并与一体化优化形成对比验证。结果表明：分层优化方法能够搜索到与一体化优化高度吻合的最优解,分层优化的收敛速度显著高于一体化优化,且对随机寻优历程的表现更稳健。