空间晶体生长炉综合控制方法

空间晶体生长炉控制对象复杂, 具有纯滞后、强耦合、非线性等不利于控制的特性. 为实现炉温的精确控制, 提出了一个空间晶体生长炉综合控制方法并通过软件来实现. 将相关系数法和增广递推最小二乘法相结合, 辨识系统模型, 使用Hooke-Jeeves模式搜索法进行PID参数的自整定, 采用PID加前馈控制的算法对系统进行仿真, 使用同样的算法和控制参数对空间晶体生长炉进行实时控制, 并在控制的过程中实时调整控制参数, 以达到最佳的控制结果. 实验结果表明, 当三个温区的温度均达到700oC时, 温度稳定度小于±0.3oC, 满足系统设计要求. 同时介绍了实现综合控制软件的基本原理、功能、特点及在实际中的应用. 实际工程的应用结果表明, 该软件可满足空间晶体生长炉对控制系统的要求.      

空间微重力条件下碲镉汞晶体的布里支曼生长

在中国返回式卫星上进行了一台双温区空间晶体生长炉的搭载试验，成功地实现了空间微重力条件下碲镉汞晶体的布里支曼生长，取得了一些有意义的结果。文章介绍了这种晶体炉的设计和空间试验的过程；分析了回收样品的主要测试结果；并对空间材料加工装置的设计和一些相关工艺问题进行了讨论     

温场可编程控制的小型空间晶体炉设计与测试

详细介绍了一台温场可编程控制的小型空间晶体炉。其工作原理是,在计算机控制下,炉膛温场发生有序地变化,完成晶体生长过程。由于没有机械运动部件,从而彻底消除了机械振动对微重力环境的干扰。此炉是为返回式卫星搭载试验而设计,配备以Ｉｎｔｅｌ８０ｃ３１为核心的计算机温度控制及数据采集系统。该系统采用数字ＰＩＤ方式独立调节加热器中７个结构相同的加热单元的温度,可以编程实现多种温场变化模式。     

空间与地面炉内压力和加热功率对炉内温场的影响

天宫二号空间综合材料实验装置的炉内压力和加热功率均影响炉内温场.针对空间与地面对比实验,分析了炉内压力和温场相同时炉丝加热功率的变化,以及炉内温场和炉丝加热功率相同时炉内压力的变化.地面实验时,炉内气体被炉丝加热后,由于重力作用产生对流,从而影响炉膛温度.炉内压力为1atm时,空间与地面实验的加热功率比约为97.5%.空间实验时,由于对流效应减弱,炉内压力变化对其最高温度影响减小.空间与地面的对比实验结果表明,地面炉内压力为空间炉内压力（1atm）的50%时,空间与地面实验的加热功率和温场等参数接近一致.这对于空间高温材料实验装置设计具有重要指导和参考意义.      

欧空局拟实施材料基础实验

欧空局预定1988重力火箭MASER一2, 实验名称年3月发射瑞典空间开发公司、(S SC)的小型微进行材料的基础实验,详情见下表。实验者实验装置用户Fredriksson教授在温度梯度状态下制造锌和铅合金瑞典王立技术研究}温度梯度炉(GF)欧空局(ESA) 观察铝一铜合金在方向性凝固时初晶的形成所Fredoiksson教授瑞典王立技术研究}温度梯度炉(GF)}瑞典空间开发公司所三维马拉格尼对流的观察实验Ja”ssen教授,格罗宁根大学(荷兰)流体实验舱(FSM)ESA 观察因温度差而产生的移动现象}Wozniak教授,的实验l埃森大学(西德)流体实验舱(FSMESA 用半密闭…     

基于XGBoost的空间高温材料实验炉控制系统建模

为确保高温材料科学实验柜科学实验系统能够成功地进行空间材料科学实验，在空间进行高温材料科学实验的时候要求其温度稳定在±0.25℃范围内。面对如此之高的温度稳定度要求，提出一个新的解决方案：在实验输入和输出数据的基础上，确定一个与高温炉控制系统内部等价的模型，为获得满足实验要求的控制参数提供依据。本文将高温炉控制系统内部看作黑箱模型，基于XGBoost方法分别对四类样品实验的高温炉内部温区2和温区3进行建模，模型精确度全部可达到99.98%以上。与传统建模方式传递函数相对比，在传统方法表现最好的情况下，模型精度仍提高了3.8%，为获得控制参数以确保空间实验温度实现高稳定度提供了重要支持。     

质子交换炉温度场均匀性分析与优化

针对质子交换炉的温度场均匀性问题,结合质子交换炉的结构特点,基于FLUENT用户自定义函数（UDF）开发了质子交换炉炉温控制算法,并在此基础上提出了多种加热控温方案;利用FLUENT软件对不同方案下的质子交换炉温度场进行仿真,分析不同控温方式下炉内温度场均匀性与传感器位置布置、加热丝布置高度的关系,找到最佳方案。结果表明:采用三段控温、3个传感器位置分别布置在3段加热丝中间、加热丝布置高度4倍于均匀温区长度时炉内温度场均匀性最好,均匀温区内最大偏差为0.03℃;对于既定结构的立式炉体,增加加热丝布置高度、优化设计传感器布置方案和炉体控温方式可以提高温度场均匀性。该方法为同类电加热炉温度场均匀性的优化设计提供了思路。      

空间材料实验炉的模拟热分析与地面试验分析

空间材料实验炉的温度分布对空间材料制备至关重要.通过对用于天宫二号空间实验室材料实验炉的物理模型进行合理简化,建立了三维传热数值计算模型,测量了实验炉材料的热物性参数,并根据地面试验工况进行模拟热分析计算,其结果能够很好地与地面试验结果吻合.采用模拟计算的方法分析样品物性参数对炉膛和样品中温度分布的影响,对实验炉的隔热部件进行优化设计,进而对炉体外表面温度进行了预测.数值仿真计算弥补了实验中测温点不足的问题,有助于进一步了解样品的温度分布,同时为实验炉隔热优化设计和安全运行提供了依据.      

空间环境对InSb晶体生长的影响

为了研究太空微重力环境对InSb 晶体生长的影响,在空间进行了InSb 晶体的重熔和再结晶实验。实验结果表明,空间可以生长出结构较完整、组份均匀的高质量单晶。另外还证明了利用多用途单晶生长炉内一侧余热进行单晶生长的可行性。     

液氮贮箱常压停放实验与数值仿真

为研究低温推进剂的常压停放过程,设计了可视化液氮贮箱实验系统。实验中研究充填率和环境温度对液氮汽化量的影响,并测量贮箱内流体和贮箱外壁面的温度随时间和位置的变化。实验得出贮箱常压停放过程,相变主要在壁面和气液界面产生,并且气枕区存在温度分层,距出口位置越近温度越高;而液体区温度基本一致,处于饱和状态。贮箱外壁面在轴向的温度分布显著不同,处于液体区壁面温度低。运用分子动力学推导出的Hertz-Knudsen公式作为气液相变的传热传质源项,并据实验测得温度边界条件,采用混合物模型对贮箱常压停放状态进行30 min的数值仿真。仿真得到结果显示体积汽化速率与实验数据的偏差在5%以内,液体区的温度仿真与实验的偏差在0.15 K左右。      

Materials Experiment on Tiangong-2 Space Laboratory

During the China's Tiangong-2 (TG-2) flight mission, the experiments of 18 kinds of material samples were conducted in space by using a Multiple Materials Processing Furnace (MMPF) mounted in the orbital module of the TG-2 space laboratory. After the experiments of 12 kinds of samples of the first and second batches were completed successfully, astronauts packed and brought them back to the ground by ShenzhouⅡ spacecraft. By studying processing and formation on semiconductor and optoelectronics materials, metal alloys and metastable materials, functional single-crystal, micro-and nano-composite materials encapsulated in sample ampoules both in space and on Earth, we expect to explore some physical and chemical processes and mechanism of the materials formation that are normally obscured and therefore are difficult to study quantitatively on the ground due to the gravity-induced convection, to obtain the processing and synthesis technology for preparing high quality materials, and lead to the improvement and development of materials processing techniques on Earth, and also develop the experiment device and comprehensive ability for materials experiment in microgravity environment. This report briefly introduces the main points of each research work and preliminary comparative analysis results of 12 samples carried out by scientists undertaking research task.      

基于改进遗传算法的航空集装箱装载问题研究

针对标准遗传算法求解装载方案时存在收敛速度慢、易早熟、寻优结果欠佳的问题,基于拟人装载策略,提出了一种以集装箱空间利用率最大为目标,考虑货物装载顺序、体积、质量、重心、不重叠等多种实际约束的改进遗传算法。首先,采用与货物放置状态相结合的实数编码,随机产生初始种群;然后,在常规选择操作中加入最优解保存策略,并将稳定性、支撑限制、重心约束考虑到进行线性尺度变换后的适应度函数中,以此来计算每种装载方案的评估值;最后,输出评估值最高的方案作为最优装载方案。实验采用异构性不同的测试算例进行性能测试,结合3组具体货物装载数据证明算法的普适性与实用性。结果表明:所提算法在求解强异构货物装载过程中具有较好的优化效果,适用于求解集装箱装载问题。与标准遗传算法相比,收敛性与搜索速度有所提高,2种不同箱型的集装箱空间利用率分别提高了3.82%和3.66%,运行时间分别缩短了7.9 s和5.58 s,能快速找到最优装载方案,可有效解决规则、不规则集装箱的货物装箱问题。基于MATLAB软件实现装载方案的可视化,为集装箱的实时装载决策提供了理论基础。      

星基ADS-B系统及关键技术发展综述

广播式自动相关监视(ADS-B)系统是国际民航组织在空管全球化的背景下提出的新一代监视技术。相较陆基系统,星基ADS-B系统能够实现全球空域覆盖,可增强现有空管系统能力,促进国家低空空域开放与通航产业发展。概述了星基ADS-B的由来、概念及运行原理;介绍了星基ADS-B系统国内外发展概况与发展历程;针对微弱信号解调、多波束接收、解交织、防欺骗、星座设计、路由转发算法及监视性能评估等星基ADS-B关键技术梳理了国内外相关研究现状,介绍了北京航空航天大学联合团队在星基ADS-B上的研究工作与发射试验星情况;结合未来星基空管技术发展与应用需求对星基ADS-B系统发展趋势进行总结与展望。      

Computational methods for reentry trajectories and risk assessment

The trajectory modeling of uncontrolled satellites close to reentry in the atmosphere is still a challenging activity. Tracking data may be sparse and not particularly accurate, the objects’ complicate shape and unknown attitude evolution may render difficult the aerodynamic computations and, last but not the least, the models used to predict the air density at the altitudes of interest, as a function of solar and geomagnetic activity, are affected by significant uncertainties.After a brief overview of the relevance of the risk related to satellite reentries and debris survival down to the ground, the paper describes some of the methods and techniques developed in support of the reentry predictions carried out for civil protection purposes. An appropriate management of the intrinsic uncertainties of the problem is in fact critical for the dissemination of the information, avoiding, as much as possible, misunderstandings and unjustified alarm.Special attention is paid to the evaluation of the risk, the availability of orbit determinations, the uncertainties of the residual lifetime estimation, and the definition of reentry and risk windows. When possible, the discussion is supported by real data, results and examples, often based on the authors’ direct experience and researches.     

航线联营下基于转运的飞机航线路径优化

为解决航空运输成本高,运输资源闲置、浪费多的问题,对航线联营下基于转运的飞机航线路径优化问题进行研究。基于货物转运问题,考虑联盟对运营的影响,引入航空联盟选择概率,确定转运前后航段运输的承运及托运问题,并考虑托运运输的衔接问题。由于航空网络中双机场容量限制,运行中全货机飞行时段及空域容量的限制,以总成本最小化为目标,建立了航线联营下基于转运的航线路径优化模型（T-AAAFRP）。设计了改进的遗传算法求解模型。通过实例分析,研究选址和路径优化问题。研究结果表明：设计的算法具有较高的收敛性;转运点数量变化的过程中,双机场城市总被选择作为转运点;需求量、飞机固定成本的变化对优化决策有较大影响;飞机载重量、联盟承运与托运的分摊系数、决策者风险偏好的变化对优化决策有较小影响;总体上转运点数量越多,所承担的总成本越小,使用的飞机数量越少。     

基于X射线脉冲星的航天器自主导航数值分析研究

基于X射线脉冲星的天文自主导航方法稳定、可靠、精度高,是航天器自主导航领域重要的发展方向.论文介绍了基于X射线脉冲星导航的基本原理,给出了脉冲星自主定位的滤波模型;基于扩展卡尔曼滤波导航算法,以地球同步轨道为例,分析了不同初始误差、轨道倾角、轨道偏心率以及不同脉冲星方位误差下的导航精度.仿真算例表明,在脉冲星方位误差为0.001″、脉冲到达时间测量误差为0.1μs的情况下,导航定位精度优于1km,且对初始误差不敏感;脉冲星方位精度、脉冲计时精度、轨道面位置和轨道偏心率是影响导航精度的主要因素.      

大型客机机翼挂架接合位置定常吹气控制分析

对于采用下单翼布局翼吊发动机形式的大型客机而言,为了保证发动机与地面的安全距离,挂架高度较短,造成前缘缝翼被打断,大迎角下发动机短舱尾迹对其后方机翼上翼面的流动产生不利影响。采用数值模拟方法系统研究了在发动机挂架后方机翼上表面采用主动流动控制技术来提高着陆构型的气动性能。采用机翼+短舱构型研究了吹气参数对吹气效果的影响。结果表明:大迎角下,吹气可以抑制短舱后方机翼上表面的分离流动,使最大升力系数明显提高;吹气缝宽度、吹气质量流率由于会影响吹气总压的变化,对吹气效果的影响显著,对升力系数的影响量在0.05以上;吹气缝与上翼面夹角会影响能量注入的区域,对吹气效果有较大影响;吹气缝位置会影响吹气控制的范围,对吹气效果也有一定影响。分别对无短舱涡流片和有短舱涡流片的全机构型进行了校核研究。采用吹气措施之后,无短舱涡流片构型线性段升力系数增大约0.15,最大升力系数增大0.186,失速迎角增大1°;有短舱涡流片构型线性段升力系数增大约0.13,最大升力系数增大0.16。      

基于情感对象识别和情感规则的微博倾向性分析

微博平台数据中含有大量反映用户情感喜恶的信息,对于涉及博文倾向性分析的应用尤为重要。现有的分析方法往往聚焦在博文情感的简单分类上,无法分析特定类型实体的微博倾向性。为解决微博倾向性分析问题,实现博文立场判定,采用半监督学习的方法,通过协同训练和主动学习,训练实体识别模型,并构建基于主成分分析的情感规则,提取句子的主成分,将口语化的文本规范化为指定格式。再利用指向性实体的正负面性、情感词的褒贬义及情感词充当的句子成分,实现情感分类的更深层次分析——立场判定。针对实际问题进行立场判定实验,在不同规模数据集上的自对比实验和他比实验显示,随着标注实体的博文数量增加,模型对博文立场判断的正确率持续提升,而且所提方法判断博文立场的正确率显著高于对比方法,相较已有研究方法分别提高了2.79%和10.00%。      

面向安全属性的软件组件可信依赖关系度量模型

随着软件的应用规模越来越大,软件系统一旦出现故障,很可能会造成人员伤亡或财产等重大损失,因此对软件可信性进行评估尤为重要.在安全攸关如航空航天等领域,作为可信关键属性之一的安全性影响着整个软件系统的可信评估.特别当一个组件受到安全攻击或缺陷出现时,可信性会下降,会影响到与它可信关联的组件可信性,从而影响到整个系统的可信...