基于空间密度的MEO星座长期碰撞风险研究

考虑到中轨道(MEO)区域将要部署越来越多的卫星,为确保星座的长期运行安全,有必要针对卫星离轨带来的长期碰撞风险问题开展研究。首先,列出了MEO区域的空间物体分布现状与国际规则;然后,以空间密度和长期碰撞风险等数学模型为基础,开展了不同离轨策略的MEO卫星带来的长期碰撞风险分析。研究表明：开展卫星离轨后的长期碰撞风险分析,对于MEO卫星离轨策略的确定具有明确的指导意义;MEO卫星离轨与自身星座、邻近星座以及坟墓轨道200年内碰撞风险在10^-5～10^-6量级,小于低轨(LEO)卫星的10^-3的碰撞风险阈值,当前MEO区域的空间物体运行是安全的。     

依靠发射动能物体消除碎片撞击危险的航天器自卫技术

空间碎片在动能物体的撞击下可以改变轨道,这可用作保护大型航天器安全的一种应急措施,其中发射动能物体的瞄准方法是关键技术之一。本文首先简化Hill方程的解析解,在此基础上给出动能物体与空阃碎片实现碰撞的相对运动方程,并进一步给出一种“线性化加修正”的初始速度方向求解算法。仿真表明,得出的初始速度方向可以满足对一定大小与距离的空间碎片的撞击要求,方法简便有效。     

航天器分裂体或抛射物的轨道形成和演化

由卫星和碎片爆炸或相互间碰撞所产生的分裂体,或由在轨航天器向外抛射所产生的抛射物,对空间环境的影响正日益增大。对它们轨道形成和演化的研究可以为分析空间解体事件提供一种有效方法。本文利用Kep-ler运动积分以及受摄二体问题的分析解,建立了分裂体或抛射物的轨道形成及其演化与分裂或抛射速度之间的关系,从而为理解以各个方向、不同大小的速度分裂或抛射的物体的轨道演化特征提供理论依据。文章最后通过数值验证表明了该方法的有效性。     

交会对接任务碰撞规避策略制定研究简

针对交会对接任务目标飞行器与追踪器轨道运行特性,综合考虑规避策略计算方法与工程实际相结合的问题,提出高度规避、时间规避以及与正常轨控相结合的碰撞规避策略计算方法等三种空间目标碰撞规避策略计算方法.高度规避计算方法采用了Lambert飞行原理,用简化二体开普勒模型取代高精度轨道预报方法,迭代求解规避机动速度增量,实现了通过约束过交点与目标径向距离差得到速度增量的最优解;时间规避计算方法通过轨道周期与速度增量的关系,实现了通过约束过交点与目标的时间差得到速度增量的最优解;与正常轨控相结合的碰撞规避策略计算方法,在正常控制考虑冗余控制量的基础上,对控制策略的控制开始时间或沿迹方向的速度增量进行较小的修正,使两者通过碰撞点的时刻或径向距离错开,达到碰撞规避的目的,该方法不仅可以节省燃料、而且对任务的影响较小.通过对三种空间目标碰撞规避策略计算方法仿真分析结果表明,完全适用于交会对接任务,可为我国载人航天任务飞行安全提供技术保障.     

交会对接任务碰撞规避策略制定研究

针对交会对接任务目标飞行器与追踪器轨道运行特性,综合考虑规避策略计算方法与工程实际相结合的问题,提出高度规避、时间规避以及与正常轨控相结合的碰撞规避策略计算方法等三种空间目标碰撞规避策略计算方法。高度规避计算方法采用了Lambert飞行原理,用简化二体开普勒模型取代高精度轨道预报方法,迭代求解规避机动速度增量,实现了通过约束过交点与目标径向距离差得到速度增量的最优解;时间规避计算方法通过轨道周期与速度增量的关系,实现了通过约束过交点与目标的时间差得到速度增量的最优解;与正常轨控相结合的碰撞规避策略计算方法,在正常控制考虑冗余控制量的基础上,对控制策略的控制开始时间或沿迹方向的速度增量进行较小的修正,使两者通过碰撞点的时刻或径向距离错开,达到碰撞规避的目的,该方法不仅可以节省燃料、而且对任务的影响较小。通过对三种空间目标碰撞规避策略计算方法仿真分析结果表明,完全适用于交会对接任务,可为我国载人航天任务飞行安全提供技术保障。     

星座碰撞规避的迭代学习构型保持方法CSCD

针对低轨卫星星座运行中地球引力摄动的周期特性,基于迭代学习控制(ILC)方法,提出了星座碰撞规避的迭代学习构型保持方法。该方法由反馈控制和ILC两部分构成,分别抑制卫星运行过程中的非周期摄动和周期摄动对构型保持精度的影响,进而在地球非球形引力摄动未知条件下,通过相对构型的精确保持实现对星座卫星碰撞的有效规避。仿真结果表明,在地球J摄动影响下,与传统反馈控制相比,ILC方法以更小的控制输入实现了轨道保持精度的显著提升,进而在星座卫星轨道高度相近的情形下显著降低了碰撞风险,且控制器可在保证收敛性能的前提下,实现启动时间的灵活选择。     

超高速碰撞碎片云的四序列激光阴影照相

为研究超高速碰撞过程中所产生碎片云的特性,在中国空气动力研究与发展中心超高速所碰撞靶上发展了四序列激光阴影照相系统。该系统由YAG激光光源、阴影仪、成像系统和控制系统组成,在采用多光源空间分离、偏振分光、光束角放大、补偿式滤光等技术后,获得了撞击速度 v=4．6km／s时碎片云的四序列阴影照片。笔者对该系统的工作原理、调试情况及试验结果进行了介绍。调试及试验结果表明：（1）该系统可以获得最小间隔为1μs、曝光时间为10ns的4个不同时刻的超高速碰撞碎片云图像,满足碰撞试验中对碎片云照相的要求;（2）该技术可以发展为更多序列激光阴影照相系统,并应用于其它超高速瞬态过程的测量显示。     

电动力缆绳离轨系统中绳索建模研究

 空间碎片对在轨运行航天器的安全构成重大威胁,使废弃卫星脱离原轨道进入大气层烧毁是减少空间碎片的有效途径。利用导电缆绳与地磁场相互作用产生的洛仑兹力使卫星特别是低地球轨道卫星的轨道高度快速衰减是一种很有应用前景的离轨方式。在研究电动力缆绳离轨的刚性杆模型基础上,建立了更符合电动力缆绳特性的柔索模型,并对刚性杆模型和柔索模型进行仿真。结果表明柔索模型能更精确地体现电动力缆绳的性质。     

漂浮基空间机器人捕获卫星过程动力学模拟及捕获后混合体运动的RBF神经网络控制

 讨论了漂浮基空间机器人在轨捕获目标卫星过程的碰撞动力学建模,以及捕获操作结束后空间机器人与卫星混合体的稳定控制问题。首先采用多刚体动力学建模方法并结合空间机器人捕获目标卫星过程中的碰撞动力学特性,建立了漂浮基空间机器人在轨捕获漂浮卫星过程的动力学模型,并在此基础上计算出完成捕获操作后空间机器人与目标卫星混合体关节的运动速度。然后针对卫星及空间机器人系统惯性参数均是未知的复杂情况,应用上述模型、神经网络控制理论和Lyapunov稳定性理论,设计了空间机器人与卫星混合体在捕获过程碰撞冲击影响下稳定运动的高斯径向基函数神经网络控制方案,以达到对捕获卫星的有效控制。此外,高斯径向基函数神经网络控制方案具有不需要测量和反馈载体位置、移动速度与加速度的显著优点。系统数值仿真证实了上述控制方案的有效性。     

低轨卫星月影事件预报优化

针对卫星月影问题,提出了一种低轨卫星优化的月影预报策略,可以有效提高目前低轨卫星在轨管理时对月影事件预报的效率.结合仿真对产生月影事件的太阳、地球、月球的三体关系进行了分析,首先给出了月影产生的解析分析方法,并通过对一个三维月影影响模型的分析,得到了月影影响区间的判定要素——月影临界角;然后进一步通过对月影临界角的分析,提出了基于太阳与白道面的位置关系和月影临界角对低轨卫星月影事件的优化预报方法;最后基于大量的随机低轨卫星场景对本方法的正确性进行了验证.研究结果表明,此方法能够较大地提高月影预报效率,可以将月影预报频率从每月1次降低到每年2次,从而简化了低轨卫星在轨运行管理的任务复杂度,为卫星的在轨可靠运行提供支持.     

大型飞机机身垂直入水冲击特性数值研究

针对带有中央翼盒的某型飞机的机身,数值研究了不同入水速度、姿态角和尾翘角对入水过程中机身压强和冲击力的影响规律。数值模拟中,控制方程选为非定常可压缩流动的雷诺时均Navier-tokes方程(RANS)和实现的k-ε模型,使用体积分数(VOF)方法捕捉水气交界面的变化,采用整体动网格技术来模拟机身相对于水面的运动。结果分析表明:机身入水过程中压强峰值首先出现在喷溅根部,随后转移至机身底部;入水初期机身冲击力系数迅速增大,而后略有回落,入水后期由于中央翼盒冲击水面会导致冲击力系数再次迅速增大,而后小幅震荡。速度越大、姿态角越大、尾翘角越小,机身冲击力系数越小。     

鸟撞高速飞机风挡若干问题的冲击动力学研究

 对鸟撞飞机风挡的动态响应问题作了冲击动力学的分析研究。由航空有机玻璃在应变率10~(-4)s~(-1)～10~3s_(-1)和温度-60～100℃的试验研究表明其本构关系的应变率效应和温度效应是不可忽略的。由铸镁合金的试验研究则表明其表观的应变率敏感性与铸态缺陷所引起的试验数据分散性相比是可忽略的。用特征线数值法对撞击界面载荷特性的计算分析表明,撞击载荷与结构动态响应间的耦合作用是不可忽视的。     

某民用机场航空噪声影响计算分析

根据《机场周围飞机噪声环境标准（GB9660—88）》，以计权等效连续感觉噪声级￡删为评价量，同时参照ICAO（国际民航组织）和SAE（汽车工程师协会）的计算方法，借助FAA（美国联邦航空局）的INM（综合噪声模型）对某机场的航空噪声影响进行了详细分析，比较详细地考虑了机型组合、飞行架次、起降方向、时间分布和飞行程序等因素对机场噪声的强度、分布区域形状和分布区域面积的影响。提出一套先进的机场航空噪声影响计算与分析方法，可为今后机场作航空噪声环境影响评价提供借鉴。     

基于虚拟领弹的攻击时间和攻击角度控制

构造一枚虚拟领弹按指定的攻击时间和攻击角度以直线飞向目标。实际导弹通过机动以"等待"虚拟领弹的到来,导弹与虚拟领弹相遇后随其一起飞向目标,从而实现导弹的攻击时间和攻击角度控制。对于这种导弹对虚拟领弹的轨迹跟踪问题,建立了控制设计模型并采用了分阶段控制设计方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

利用恢复系数预报梁结构弹性正碰载荷的两种有效近似法

对于小球撞击欧拉－贝努利梁问题,应用撞击力模型,给出预报撞击力的两种方法。方法1基于位移协调方程,分别考虑碰撞发生阶段结束和恢复阶段结束两个时刻的位移协调方程。方法2基于梁的动力微分方程,利用撞击系统的动量守恒原理和恢复系数概念。两种方法均得到撞击过程中撞击力随时间变化的曲线。分析结果与已有结果进行比较,结果符合较好。其中方法1大幅简化计算量,可推广到小球与板撞击问题中去;方法2能够较好地描述撞击力,同时可分析各种因素对接触撞击力的影响。     

Progressive damage behaviors of woven composite laminates subjected to LVI,TAI and CAI

This paper seeks to deal with progressive damage behaviors of woven composite laminates subjected to low-velocity impact (LVI), tension-after-impact (TAI) and compression-after-impact (CAI). The LVI, TAI and CAI tests were conducted on woven carbon fibre lamina 3238A/CF3052 and woven glass fibre lamina 3238A/EW250F, and the time-dependent LVI contact force and deflection curves, static TAI and CAI load versus displacement curves were determined and discussed. A modified progressive damage model was presented for explicit dynamic LVI and implicit static TAI and CAI analysis by using basic material properties and geometrical dimensions, and progressive damage LVI, TAI and CAI behaviors of woven composite laminates were simulated, demonstrating a good correlation between simulations and experiments.     

欠驱动系统控制方法实现导弹时间与角度协同

首先,给出弹目距离与视线角控制的二阶欠驱动系统的标准形式,选取这两个相关的系统状态分别构造滑模平面,滑模面能够保证系统状态的跟踪;然后,选取李雅普诺夫函数,采用李雅普诺夫稳定定理求取最终的控制量,保证两个滑模面渐近稳定,实现对撞击时间与撞击角度的同时控制;最后,在时间控制基本完成后,切换为角度精确控制。     

冲击体质量和冲击高度对里氏硬度测量值影响的分析

利用正交试验的方法分析了冲击体质量和冲击高度对里氏硬度测量值的影响,同时给出了一个两因素水平的可允许变动范围.     

平底圆筒底部垂直撞水的实验及数值计算

实验采用 4种不同厚度底板的圆筒模型。以不同下落高度撞水,测量底板径向压力分布和应变响应。数值计算中联立求解底板弹性动力响应方程和流场方程。实验和数值分析表明底板的初始几何缺陷和弹性变形对冲击压力具有较大影响     

一种新型弱撞击对接机构运动学分析

目前各国在轨应用的对接机构属于硬碰撞式对接机构,在此构型下两航天器在空间进行碰撞接触时撞击能量较大,并且此结构下目标飞行器的对接范围较窄。随着空间探测任务的深入,需要对对接机构提出更高层次的设计要求,因此弱撞击对接机构也将成为空间探测任务中一项重要的研究方向。本文对弱撞击对接机构运动学的正解和反解进行了研究分析,得到了相应的推导公式,并通过MATLAB软件对其进行了算例校验。求解出了对接环运动速度和执行推杆伸出速度的关系,这对弱撞击对接机构的工程研制有很大的应用价值。