有限记忆滤波在人造卫星定轨中的应用

本文是课题“飞行器定轨问题的研究”的一部分，首先在分析课题背景的基础上对人造卫星动力学问题进行分析，考虑了影响静止卫星转移轨道的六个摄动力，建立系统的动力学方程和观测方程。然后应用广义Ｋａｌｍａｎ滤波和Ｊａｚｗｉｎｓｋｉ有限记忆滤波对所建立的模型进行自适应滤波。仿真计算中对有限记忆步长Ｎ进行了测试，并对计算结果的精度和误差进行了分析。     

前行桨叶概念旋翼动力学分析方法

根据前行桨叶概念(ABC)旋翼配平方程中未知量多于方程数的特点,提出了一种基于优化的配平问题求解方法。进而结合计算流体力学(CFD)/计算结构动力学(CSD)松耦合策略,建立了ABC旋翼动力学分析方法。CFD分析中以非定常Euler/Navier-Stokes方程为控制方程,通过动态重叠网格及动网格方法实现桨叶的运动及变形;桨叶结构模型采用非线性中等变形梁理论建立。以XH-59A直升机为例,对不同前飞速度下的旋翼效率进行了仿真分析,计算结果与飞行试验值吻合良好。仿真结果表明,该旋翼动力学分析方法具有很好的分析精度和收敛性,可广泛应用于ABC旋翼动力学分析。     

具有转静件碰摩故障双转子系统的动力学模型及其小波变换特征

本文利用拉格朗日方程建立了具有碰摩故障的某型双转子航空发动机转子系统的动力学方程, 通过数值计算对该故障进行了仿真, 并对仿真结果进行了频谱分析和小波变换, 得出本文建立的双转子系统的动力学模型是正确的、利用小波变换对转静件碰摩故障进行诊断是非常有效的。      

跷跷板旋翼舰面瞬态气弹响应分析及抑制方法

为了研究跷跷板旋翼在舰面起动和停转过程中的瞬态气弹响应问题,本文在中等变形梁的基础上,引入跷跷板旋翼整体挥舞有限转角广义坐标,采用非线性准定常气动模型,根据Hamilton原理建立了基于广义力的跷跷板旋翼动力学方程,舰面流场采用试验测试数据。通过与国外试验数据及计算值的对比验证了本文计算模型的正确性。计算表明,舰面跷跷板旋翼存在桨叶过大挥舞与机体相碰的问题。对于可能防止相碰的机械措施和操纵方式进行了分析。      

用有限差分法解薛定谔方程

针对量子力学中大多数量子体系的哈密顿算符都比较复杂，薛定谔方程均不能得到严格解或分析解的问题，提出了用数学中的有限差分法来解决计算量子力学中薛定额方程的本征问题。对普通的径向薛定谔方程和含时的薛定谔方程进行了有限差分法的分析，给出了两种薛定谔方程的有限差分法的离散方程。并以线性谐振子为例，进行了计算机编程推算。结果表明，该方法在研究量子力学问题中具有广泛的应用前景。     

烧蚀传热体有限元法

本文介绍一种适合于烧蚀传热特点的简便和实用的有限元法。首先从能量守恒原理出发,建立带有导数的有限元素方程,然后介绍了采用伽辽金(Galerkin)法对时间域进行有限元离散而得到的各种格式。 为了解决烧蚀移动边界问题,采用了在动坐标系上建立有限元素方程。 用本方法对典型问题进行了计算,并与理论解、差分解进行了比较,对方法作了初步讨论。本方法应用实例是高速飞行器轴对称端头再入烧蚀体的传热计算。     

低轨卫星对高轨卫星仅测角初轨计算方法

针对我国地面测站对高轨卫星监视能力缺乏的问题,提出一种低轨卫星对高轨卫星仅测角初轨计算方法。该算法引入天基跟踪坐标系,消除测距信息影响,建立仅测角观测方程;引入法向运动,增加摄动因素影响,建立扩展拉普拉斯动力学模型;推导分析观测模型和动力学模型的关系方程,将初轨计算问题转换为非线性方程求解问题,利用高斯全主元消去法完成方程求解。通过实战和仿真测角数据对方法进行检验,结果表明,该方法能利用仅测角数据对非合作目标进行初轨确定,精度在公里量级,可为我国地基监视系统提供补充参考。     

直升机旋翼桨叶的弹性碰撞动力学建模

建立了直升机旋翼桨叶弹性正碰撞的动力学模型,采用有限转动梁理论处理桨叶的弹性变形,利用Hertz接触理论处理局部弹性变形,引入位移协调方程识别弹性碰撞载荷,运用Hamilton原理建立了桨叶正碰撞的动力学方程.通过与Timoshenko算例的对比表明了该方法的正确性,且对集中质量与直升机桨叶的弹性正碰撞问题进行了研究.      

发动机故障诊断的变记忆约束滤波算法

为提高故障诊断可靠性,给出了3种利用多次测量信息减少测量误差影响的方法,即变记忆约束滤波算法、分段算术平均预平滑算法以及指数顶平滑算法。其中,变记忆约束滤波算法能够有效地避免由于故障方程多重共线性所引起的病态解。证明了多故障诊断问题中滤波算法与分段算术平均算法的等价性,证明了在衰减滤波的条件下（第一变记忆因子小于1）,随测量点数的增加,变记忆滤波算法的第一变记忆因子与指数平滑的平滑系数之和趋近于1。利用计算机仿真方法对于所得结论进行了检验。     

大型航天器无控飞行再入时间短期预报的轨道摄动方法研究

针对寿命末期大型航天器临近再入前轨道衰降受到跨流域多尺度非平衡环境下气动力/力矩影响显著的问题,基于体坐标系下的气动力和力矩分量,建立了航天器轨道-姿态动力学摄动模型;结合航天器再入跨流域空气动力学统一计算理论与数值模拟手段,提出了大型航天器无控飞行轨道衰降过程气动特性一体化快速算法。基于地心惯性坐标系气动融合轨道动力学方程数值积分方法对航天器的轨道姿态摄动模型进行了外推计算,结合无迹卡尔曼滤波方法对外测轨道星历观测数据初值误差和模型误差进行了滤波。针对250～120 km高度范围的大型航天器短期轨道衰降变化进行仿真预测,对比了外测轨道星历数据,结果表明:本文提出的经卡尔曼滤波误差分析的轨道摄动模型方法对寿命末期大型航天器短期轨道预报具有较强的模拟能力与有效性,有助于推动近地轨道空间目标气动融合轨道数值预报领域发展。     

组合导航技术在可重复使用运载器再入段的应用研究

结合国内外可重复使用运载器的发展现状及各导航方法的特点,根据飞行器再入飞行段动力学方程,建立再入段飞行轨道并提出适用于再入飞行其各段的导航方法。对再入飞行中的末端能量管理段进行全面研究,设计并进行INS和INS/SAR导航滤波计算机仿真,并对仿真结果进行了误差分析。     

一种半球谐振陀螺谐振子动力学建模方法

准确完备的半球谐振陀螺（HRG）谐振子动力学模型是陀螺误差分析的基础。为建立半球壳谐振子动力学模型,基于弹性力学薄壳理论,提出了一种谐振子动力学建模方法。首先,在薄壳的弹性力学几何方程基础上,推导了半球壳谐振子的变形几何方程。其次,在提高受力分析计算精度的基础上,推导了半球壳谐振子的物理方程。然后,分析了谐振子中面的受力平衡关系,推导了谐振子的平衡微分方程。最后,基于以上对整个谐振子的动力学分析,建立了谐振子动力学方程。根据谐振子的不同外载荷形式,利用布勃诺夫-伽辽金法求解得到谐振子2阶谐振状态动力学模型,并得到了谐振子比例系数和2阶谐振频率的表达式。通过对比验证可以看出,参数计算值与实测数据结果一致,证明了所建立的动力学模型的准确性。     

基于迭代滤波的上升段不确定参数辨识

针对扩展卡尔曼滤波进行高超声速飞行器在线参数辨识时无法准确辨识参数的不确定性问题,提出了在线实时参数修正的迭代滤波辨识方法。首先,推导了包含侧滑角和推力的三自由度动力学方程;其次,提出基于第一次滤波辨识结果在线实时修正空速并进行第二次滤波的迭代滤波辨识策略;然后,采用一阶马尔科夫过程描述不确定性参数模型,并将不确定性参数增广到系统状态中,建立了基于扩展卡尔曼滤波理论的参数辨识模型。仿真结果表明,这种辨识方法可以有效解决在风场条件下大气密度不确定性无法准确辨识的问题。     

一种基于N—S方程的CFD／CSD耦合计算方法

对于气动弹性问题,在跨音速和大变形情况下,模态叠加法失效,为此需要探讨全场求解耦合方程的新方法。利用耦合计算流体动力学和计算结构动力学（CFD／CSD）方法,数值模拟了机翼的气弹响应问题。气动力的求解采用三维Navier—Stokes方程的有限体积法,实现了一种多块结构网格的动网格方法生成气动网格,采用有限元方法计算应...     

货物舱内移动过程的建模与仿真(英文)

研究了运输机重型货物舱内移动飞行过程的控制建模问题。通过建立坐标系,利用牛顿第二定律和空间刚体的欧拉角关系,推导货物舱内移动飞行过程中质心运动动力学方程和绕质心运动动力学方程,分析舱内移动过程对运输机飞行的影响,最后对所建立的飞行控制模型进行系统仿真。     

过冷水滴撞击结冰表面的数值模拟

为了计算过冷水滴撞击结冰表面,本文应用雷诺平均Navier-Stokes方程和k-ε两方程紊流模型计算结冰表面外的空气流场。用欧拉法建立了空气中过冷水滴的运动方程,并采用有限控制容积法对方程进行了数值计算。为了提高计算精度,方程中的对流—扩散项采用MUSCL格式进行了离散。计算结果表明过冷水滴的大小和机翼攻角的变化对结冰区的大小和水收集系数的影响很大。      

基于Kane方法的双旋弹飞行动力学建模及仿真

针对双旋弹飞行动力学建模,提出了基于Kane方法建立树形多刚体系统动力学方程的方法.分析了双旋弹后体和前体的运动,并分别建立了其动力学方程,综合得到了双旋弹的七自由度飞行动力学方程.基于四元数转换,建立了双旋弹转动运动学方程.通过编程对双旋弹的无控和有控运动特性进行了仿真分析.结果表明,双旋弹无控时以小迎角稳定飞行;有控飞行时弹体产生配平迎角,且纵向和横向修正会出现交叉耦合.     

搭载星与运载火箭分离的动力学研究

以分离条件恶劣的搭载星为对象,对其与运载火箭分离的过程进行了研究。通过对物理模型的分析,建立了动力学方程;通过对各种干扰因素的分析,计算了共同作用的扰动力矩,最终得到卫星分离的速度、卫星姿态参数和星箭相对位置。     

基于多体动力学的旋翼模型与气弹稳定性

针对无轴承等先进旋翼结构特点,建立了基于柔性多体系统动力学方法的旋翼气弹分析模型.旋翼各构件建模相互独立,便于组成不同构型旋翼,适合于新构型旋翼气弹分析.分析模型集成了适合于旋翼气弹分析的隐式大变形桨叶模型,构件动力学方程增加了铰链动力学方程,统一约束方程形式,改进了角运动约束方程,避免连续旋转引起的奇点问题.应用分析模型计算无铰式旋翼和无轴承旋翼的气弹稳定性,分析结构参数对旋翼气弹稳定性的影响.分析结果表明模型能准确计算结构弹性变形的耦合及非线性,提高旋翼气弹稳定性分析精度.      

深空探测器飞行动力学计算与参数优化分析

根据航天(宇航)动力学理论,建立了深空探测器在空间复杂力场作用下的动力学方程;编制了探测器与空间各星体间相对位置和相对运动的管理软件;对空间各星体的引力进行了实时分析与计算;并以土星探测器为例,研究了其飞行参数的优化设计以及飞行轨道的计算机仿真。仿真结果与国外某土星探测器的飞行轨道及飞行时间基本吻合,从而证明所建立的计算模型是正确的,数值计算方法和程序是可行的。