航天员低重力运动模拟训练方法与研究综述

针对主要应用于航天员模拟失重训练与低重力环境下的人体科学研究的低重力环境模拟方法,介绍了包括抛物线飞行、中性浮力水池、虚拟现实技术、悬吊式重力补偿系统以及新近出现的被动式外骨骼系统等在内的国内外模拟低重力环境主流方法的工作原理与利用这些方法开展的科学研究与工程应用,对这些方法的优缺点与适用条件进行了比较与分析。发现抛物线飞行的低重力模拟效果较好,但持续时间有限;中性浮力水池为低重力模拟训练提供了充足的空间,但液体阻力会影响训练的效果;虚拟现实技术无法提供对低重力的体感;气浮台与悬吊式重力补偿系统虽然能对航天员受到的重力进行补偿,但其结构对航天员的运动构成了一定的限制。提出研发低重力模拟功能完善、低重力模拟范围可调、多运动自由度、人机工效良好以及支持多人与人机协同训练的新一代低重力模拟系统,作为开展航天员低重力环境模拟训练和低重力人体运动生物力学实验研究的平台,以满足未来载人航天任务的需求。     

用于微低重力模拟装置的主动补偿控制方法

针对一类微低重力模拟装置因惯性力和弹簧重力导致模拟精度受限的问题,研究采用主动补偿装置改善模拟精度的控制方法。基于势能守恒原理和第二类Lagrange方程建立了考虑弹簧重力的动力学模型,采用三阶观测器对模拟装置内的关节速度、加速度进行观测,两者结合给出了弹簧重力及系统惯性力补偿模型。以某微低重力模拟装置为应用对象,在模拟月球重力环境下的跳跃试验中验证补偿策略的有效性。试验结果表明：该补偿方法能够有效提高微低重力模拟装置运动过程中的失重模拟精度。     

一种无源被动式人体低重力模拟系统的力学性能仿真分析

针对未来登陆月球或火星的航天员在地面进行低重力模拟训练的需要,设计了一种采用被动重力平衡技术的人体低重力模拟外骨骼系统,利用弹簧平行四边形机构实现对人体重力的补偿。首先,基于势能守恒原理设计了躯干重力平衡外骨骼和下肢重力平衡外骨骼;然后,通过人体生物力学仿真软件对外骨骼系统进行了仿真分析,分别在月球环境和地面穿戴外骨骼环境下进行了搬运重物和步行运动,并对比了运动时的地面反作用力、肌肉力等数据。仿真结果表明：该人体低重力模拟系统可以使受训者的关节和肌肉感受到失去部分重力载荷,能够较为准确地模拟低重力环境下的运动效果,具有可行性。     

硅微谐振式加速度计技术现状及展望

硅微谐振式微加速度计是各种MEMS加速度计中被普遍看好并期待为将来的高精度微加速度计发展的一个重要方向,正在全世界范围内被广泛研究。本文对硅微谐振式微加速度计的发展现状进行了评述。根据国内外不同的技术实现,诸如工作原理、微加工工艺实现、应用范围等对其进行了分类阐述。最后,对硅微谐振式加速度计研究中一些关键技术进行了讨论,并提出了展望。     

下肢微重力模拟外骨骼系统的研究

针对悬吊式微重力环境模拟系统无法补偿人体下肢重力负荷的不足,设计了用于补偿人体下肢重力负荷的外骨骼系统。外骨骼系统采用被动重力补偿方法实现对下肢的重力补偿,能够对重力补偿水平进行调节控制。根据重力补偿原理,采用刚度矩阵法,对重力补偿设计公式进行推导,建立弹簧参数与系统几何惯性参数之间的关系。研究分析重力补偿对人体下肢系统动力学性能的影响,最后利用ADAMS软件对下肢系统模型进行仿真,仿真结果验证了外骨骼系统重力补偿原理和设计公式的正确性以及在实际运用中的可行性和合理性。     

模拟不同重力水平下多种步态中下肢关节运动特征研究

为探索低重力环境对人体行走和跑步时下肢关节运动特性的影响,搭建了一种悬吊式低重力模拟装置,采用惯性运动捕捉系统,对9名男性受试者在常规重力(1g)、模拟火星重力(1/3g)和模拟月球重力(l/6g)条件下的平地行走(速度4 km/h)、平地慢跑(速度7 km/h)和坡地行走(速度3.6 km/h、坡度15°)进行运动测量,得到了不同重力水平下平地与坡地行走和跑步时髋、膝与踝关节的关节活动范围等运动学数据。结果表明,下肢各关节在矢状面上的屈曲/伸展活动范围远大于冠状面的内收/外展和横截面上的内旋/外旋活动。模拟低重力条件下,髋关节和膝关节在各个平面上的活动范围均明显减小,踝关节活动角度无显著变化规律。通过分析一个步态周期内各关节在矢状面上的角度变化发现,低重力条件下,步态运动的支撑时相变短,摆动时相变长,步态更加缓慢,且倾向于采用一种行走-蹦跳的步态策略。基于以上实验结果,梳理出了满足平地与坡地多种步态需求的下肢关节活动范围,并对星际航天服下肢关节配置进行了初步讨论。     

静电悬浮微加速度计高灵敏度电容检测通道设计

高灵敏度电容式位移检测是实现静电悬浮微加速度计闭环测控的关键技术之一.针对微加速度计径向悬浮检测的特点及指标要求,设计了高灵敏度、高精度电容式微位移检测通道.该通道主要由前置RC隔离网络与C/V转换、高共模抑制比差动放大器、二级运放、二阶压控电压源有源带通滤波、相敏解调(含模拟乘法器与四阶Butterworth低通滤波...     

硅微静电悬浮陀螺微位移检测电路噪声分析

硅微静电悬浮惯性仪表主要面向空间应用,如卫星无拖曳控制,星载重力测量等,具有潜在分辨率高、功耗低、体积小、多轴集成等特点。仪表的高分辨率实现对检测电路的噪声提出了较高要求。本文以硅微静电悬浮陀螺仪单频调幅电容式微位移检测电路为例,从电路外部干扰噪声耦合机理及抑制、电路内部噪声分析及优化两个方面,给出了电源耦合噪声、电路温度特性以及放大器电路噪声分析优化等方面的理论推导、仿真及实验验证。     

微型无人机发展现状及未来趋势

针对微型无人机的发展现状和未来趋势进行了综合评述。首先，在梳理国内外微型无人机发展现状的基础上，详细介绍了国内外微型无人机典型研究项目及研究成果。然后，从机载设备微型化、低雷诺数气动设计和复杂环境自主导航与避障技术三个方面总结了关键技术研究现状。最后，对微型无人机的未来趋势进行了展望。研究结果表明，微型无人机在机载设备微型化方面已有一定进展，但机载设备综合化和通用化程度还有待提高；在低雷诺数气动设计方面还需进一步探究微型仿生无人飞行器高升力、长续航、低噪声和跨介质飞行机制；在复杂环境自主导航与避障方面需提高算法的环境通用性和适用性。     

捷联式重力测量技术研究进展

本文简要论述了动态重力测量的发展动态,接着以国防科技大学近年来在重力测量领域的研究为出发点,对国防科技大学在捷联式重力测量领域的研究现状进行了分析和总结。主要论述了捷联式重力测量的关键技术、研究历程、基本原理和典型试验结果,并对未来的发展方向进行了展望。     

Stratobus平流层飞艇项目研究进展与仿真分析

平流层飞艇是当前的前沿热点研究方向,创新性强、技术挑战大。针对国外公开在研的大型超长航时平流层飞艇项目Stratobus,首先对基本方案进行总结分析,梳理总体研究进展,然后归纳剖析囊体材料、太阳电池、可再生氢氧燃料电池、吊舱移动系统等核心关键技术方案和研究进展,在此基础上,通过数值仿真,对决定平流层飞艇总体方案可行性的浮重平衡、推阻平衡、能源平衡进行综合分析,提出了Stratobus项目发展的启示,为平流层飞艇总体设计和研究发展提供参考借鉴。     

水下重力辅助惯性导航关键技术研究及实现

重力辅助惯性导航已渐成水下导航领域的研究热点,其实现是一项复杂的工程,涉及多项的关键技术.文章首先介绍了重力辅助导航的基本原理;之后详细阐述了在真实海洋环境下,重力辅助导航所需解决的若干关键技术问题,并给出了相应的研究成果;最后总结了我国水下重力辅助导航的发展趋势及研究的若干建议.     

四足机器人研究综述

凭借对恶劣地形的强适应性,四足机器人已经成为当今移动机器人研究的热点,其研究深具社会意义和实用价值。阐述了四足机器人的发展及研究现状,以具有代表性的四足机器人为据,从结构设计、控制方法和环境感知技术三个方面综合介绍了四足机器人系统,总结了四足机器人的关键技术及主要问题,最后给出了具有前瞻性的结论。     

近地告警系统报警阈值算法研究

近地告警系统的报警阈值的设定是研究告警系统技术过程中的一个重要问题。本文给出一种状态空间下的基于报警系统复杂性能指标的报警阈值的设计方法,该方法利用预先定义的包含不确定因素的轨迹模型,权衡报警和无报警之间的关系,以此来设定合适的报警阈值;最后,以近地告警系统模式1的阈值设置为例,在MATLAB环境中用Monte Carlo方法进行计算机仿真,验证了该报警系统阈值的设计方法。     

充气式月球基地防护结构技术综述

综述了充气式月球基地防护结构技术,包括总体设计要求和关键设计要点、柔性热防护结构的服役环境、功能需求、设计方法、材料选用等。并从结构冲击定位和强度分析、破坏响应分析、系统组成分析和自修复材料等方面,指出了对结构进行健康监测的必要性。介绍了现有的地面测试技术,包括热防护材料性能测试、展开动力学性能测试和太空环境模拟技术等,最后对防护结构技术的发展方向进行了展望。     

应用于高速磁浮滑橇系统的常导电磁铁结构设计与优化

采用常导磁悬浮技术来解决传统高速滑橇系统中滑橇磨损严重、橇体振荡剧烈等问题。阐述了一套以浮重比为优化目标、纯电励磁与混合励磁式通用的常导悬浮电磁铁的设计流程,建立了悬浮电磁铁的等效磁路模型,并根据悬浮系统的设计输入要求完成了纯电励磁和混合励磁式悬浮电磁铁的初步设计;在此基础上,借助Ansoft有限元仿真软件,完成了两种悬浮电磁铁结构的优化。对比分析两者的设计参数,结果表明:在铁心饱和磁密为1.8 T的限制条件下,电磁铁的磁极截面为正方形时,其浮重比最高;对于混合励磁式电磁铁而言,永磁体的加入大幅减小了电磁铁的体积与自重,显著提高了电磁铁的浮重比,能够增加系统的有效载荷,且降低系统的能耗。     

飞机战伤抢修评估与设计方法综述

飞机战伤抢修（ABDR）是提高飞机生存力与作战能力的重要手段之一，开展战伤抢修技术研究覆盖飞机全寿命阶段。回顾了战伤抢修研究的历史和现状，分别从战伤评估、战伤抢修设计、战场维修与保障等3方面总结了战伤抢修体系要点，重点综述了战伤抢修预评估技术、战伤现场评估技术、战伤抢修设计准则与原则、战伤抢修设计与评价方法、战场快速维修技术、战场保障方法等方面的理论与研究进展。在此基础上，针对未来体系对抗与智能化作战环境，结合目前战伤抢修需求，提出了包括先进材料结构飞机战伤抢修技术、直升机战伤抢修技术、飞机战伤评估智能技术等战伤抢修技术研究需要关注和解决的问题。     

高推重比发动机全权限数字电子控制系统研究和半物理仿真试验验证

以第4代战斗机的动力装置--高推重比发动机为控制对象,攻克了多项全权限数控系统的术,完成了高推重比发动机数控系统总体方案设计和多变量控制技术的工程化研究,适合多变量控制、轻质量、小体积的电子控制器和轻质量、小体积的机械液压装置的研制,以及高推重比发动机全权限数控系统的半物理仿真试验.     

风洞试验绳牵引并联支撑技术研究进展

新型飞行器的研制越发强调先进的飞行性能,这对风洞试验模型支撑技术提出了高的要求,为扩展风洞试验的能力,迫切需要研究新型的智能支撑技术。绳牵引并联支撑是基于机器人技术的一种新型机构,具有刚度较大,动态性能良好等优点,为风洞试验提供了一种新的手段。首先,全面论述了绳系支撑在风洞试验中的应用,并给出动态分析;进一步根据绳牵引并联支撑技术的特点,将其分为可实现受迫运动的冗余约束支撑,以及可实现受迫+自由运动的欠约束支撑;其次,重点阐述了冗余约束与欠约束两类支撑系统的若干关键技术问题及其研究进展;最后,指出绳牵引并联支撑技术的发展方向是具有可重构性和智能化。可为绳牵引并联支撑技术在风洞试验中的工程应用提供一定的理论指导与技术支持。     

天基测控系统应用发展趋势探讨

基于中继卫星的天基测控系统将在我国航天测控系统中扮演越来越重要的角色,研究天基测控系统应用发展趋势,对支撑天基测控系统发展、引导技术及应用研究都有着重要意义。本文从我国基于中继卫星的天基测控系统应用需求分析入手,介绍了国内外天基测控系统应用现状,对我国天基测控系统应用发展趋势和相关关键技术进行了深入探讨,指出今后应加强中继链路设计分析与模拟验证工作,建议重点开展抗干扰抗截获技术、更高码速率传输技术以及多用户网络化技术等关键技术的研究和应用。