动量轮卸载对环月卫星SMART-1轨道的影响和定轨策略

动量轮卸载是卫星进行姿态控制的一种常用手段。通过对欧空局（ESA）首颗环月卫星SMART-1测轨资料的分析,计算了动量轮卸载对卫星轨道的影响,特别讨论了在动量轮卸载的精确信息未知时提高卫星定轨和预报精度的策略。计算表明,2006年5月29日至6月2日期间,SMART-1多达19次的动量轮卸载过程使得其轨道位置变化达到3km。如果不考虑动量轮卸载的影响,定轨结果相比于ESA重建轨道的位置误差最大可达742m。本文利用分段常数的经验加速度模型来模制动量轮卸载产生的小推力。计算表明,即使动量轮卸载的精确信息未知,采用该方法也可显著提高定轨和预报精度,定轨位置误差最大下降到246m。计算还表明,经验加速度的合理选择（周期性、常数或线性经验加速度）决定定轨精度的改善程度。考虑到我国的首颗探月卫星“嫦娥一号”也将采用动量轮卸载的方式进行姿态控制,本文的结论对我国的探月工程有一定的借鉴意义。     

基于扩展卡尔曼滤波的动量轮故障检测方法

 动量轮作为卫星姿态控制系统的关键执行部件,对其故障检测对维持卫星的正常运行具有重要意义。首先对动量轮系统的故障进行分析,在建立动量轮线性离散状态空间模型的基础上,把动量轮的故障检测作为时变参数系统的跟踪来处理,将动量轮的模型参数作为扩展的状态空间中的状态量,使得动量轮物理模型参数与状态空间中的状态量有对应关系,通过在扩展了的状态空间上采用扩展的卡尔曼滤波,完成时变参数的跟踪。然后,将离散空间的状态量变换回连续空间中,利用物理参数与状态量的对应关系,实现对动量轮物理参数的跟踪。此方法物理意义明确,为系统的物理参数提供了定量的估计值,为进一步诊断故障原因提供了良好的基础。数值仿真表明,此方法能够通过同时检测多个故障参量,实现故障的检测并满足卫星实时性要求。     

航空发动机控制问题研究中飞行包线区域的划分方法

根据矩阵扰动分析理论,分析了发动机进口参数的扰动对发动机模型状态系数矩阵特征值的影响,并在此基础上进行了飞行包线区域划分,在应用这一方法得到的飞行区域内,发动机模型的结构参数摄动量可以在指定范围内变化,计算结果也表明该分区方法是正确的。      

带有空间机械臂的航天器系统惯性参数辨识

针对航天器惯性参数在轨辨识问题,文章以空间机械臂为研究对象,建立了带有空间机械臂的航天器系统动力学模型,并进行了空间机械臂的动力学分析。通过规划一种复杂的空间机械臂的运动轨迹,对机械臂各关节施加合适激励的方法,使空间机械臂做充分可变构型运动。该运动会改变航天器系统的惯性分布,从而引起航天器系统速度变化。然后,通过ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,机械系统动力学自动分析)软件建模测量这些速度变化,计算出空间机械臂的惯性变化,进而基于动量和动量距守恒的方法建立线性回归方程。最后,通过应用递推最小二乘法解线性回归方程组,辨识出了航天器的惯性参数。仿真分析结果表明了所辨识的航天器惯性参数的有效性和准确性。     

卫星动量轮轴承组件的仿真可信度评估

研究了某一卫星的动量轮轴承组件仿真的可信度评估,基于仿真系统与物理试验系统的相似度与仿真可信度之间的关系,采用计算仿真与物理试验输出的相似度评估仿真可信度.确定了动量轮轴承组件仿真与试验输出的相似元,构建了量化其相似系数的函数.对于基于三角模糊数的层次分析法确定各要素影响权重的计算进行了改进.最后应用该方法对某一卫星动量轮轴承组件实例的可信度进行了度量.      

航空发动机高原起动性能改善措施

为了解决航空发动机高原起动超温和转速悬挂等问题,以某型航空发动机起动过程为研究对象,根据高原环境对发动机起动过程的影响进行理论分析,提出了优化高原起动措施,并进行了高原试验验证,摸索出各措施对起动过程的影响程度。结果表明:在发动机起动过程中采用飞机卸载的方式可使排气温度降低3%,起动机脱开转速提高3%;起动机功率提高约1%,点火转速及脱开转速提高约2%,起动时间缩短约8%。     

地球同步轨道薄膜太阳帆的姿态轨道控制方法

薄膜太阳帆（FSS）是集推进、发电和姿轨控功能于一体化的超大型挠性太阳帆式航天器,通过调整薄膜反射率产生可变推力和力矩,实现其姿态和轨道运动控制。结合薄膜太阳帆在地球同步轨道运行时的受力特性进行了轨道漂移分析。通过建立薄膜太阳帆动力学模型及受力模型,提出了调整帆面角度轨道修正方法以及基于薄膜光压力矩角动量卸载的长期在轨对日定向面内双轴动量轮稳定控制方法。通过系统仿真验证表明所提的轨道修正和对日定向控制方法是合理有效的,可使薄膜太阳帆长期在定点位置维持对日定向。     

用Simons法计算真空羽流

姿态控制发动机真空环境下工作产生的羽流对航天器造成的影响非常明显，用Simons法对真空羽流流场进行了解析计算，包括等熵核心区和边界层膨胀区的计算，得到了符合流动规律的结果，这是一种快速计算真空羽流场物理参数分布的方法，工作对卫星、飞船和空间站上的姿态控制发动机的工程设计和科学实验具有参考价值。     

带密布气膜冷却孔的涡轮叶片等效应力分析方法研究

以带气膜冷却孔的航空燃气涡轮发动机涡轮叶片为研究背景,引入了等效概念对密布小孔结构进行了详细的应力-应变分析。这种等效分析方法是把多孔材料转化为具有等效材料常数的等效实体材料。根据MARC大型通用软件的线弹性及弹-塑性有限元应力分析结果,将小孔效应转化为等效弹性常数及等效应力-应变曲线。最后以某发动机高压涡轮工作叶片为例,将得到的等效材料参数引入到叶片的有限元强度计算中,从而得到考虑密布孔影响的涡轮叶片应力应变场,并通过子模型计算得到更为准确的孔边最大应力。     

动量轮在轨状态可靠性贝叶斯网络建模与评估

卫星动量轮在轨运行环境复杂,并且无失效数据,难以利用传统方法进行可靠性建模与评估。为此,提出一种利用贝叶斯网络融合动量轮各种试验信息及轴温和电流等遥测数据的可靠性建模与评估方法。基于失效分析建立贝叶斯网络拓扑结构,根据试验数据估计网络参数,而后,通过贝叶斯网络的推理得到动量轮可靠度的点估计和区间估计,并利用在轨遥测数据实时评估动量轮可靠性,获得动量轮可靠性变化趋势比较明显的遥测数据取值区间。该方法对动量轮实时状态监控具有一定的理论和实践意义。     

弹用涡扇发动机气动稳定性计算与评定

介绍了弹用涡扇发动机气动稳定性计算的基本方法和评定流程。给出了进气畸变、附加功率提取、附加引气、加速过程对弹用涡扇发动机气动稳定性影响的计算分析模型。其中，进气畸变对发动机气动稳定性影响的计算采用平行压气机模型，基于李亚普诺夫理论的方法完成；附加引气、功率提取对发动机气动稳定性的影响采用通过对发动机转子间质量、动量、能量守恒方程进行修正的方法进行；加速过程对发动机气动稳定性的影响采用欧拉方法求解动态的质量、动量、能量守恒方程的方法完成；最后采用“层叠”的方法进行各种降稳因素的综合评估。通过比较可以看出，进气畸变是弹用涡扇发动机主要的降稳因素。     

动量轮维纳过程退化建模与寿命预测

针对动量轮寿命预测无失效数据问题,利用有漂移的维纳过程对其轴承温度建立性能退化模型,同时,考虑由于加工工艺、制造误差等因素所造成的不确定性,利用随机变量来描述其漂移参数和扩散参数,并结合自助法获取纠偏估计.根据所建模型仿真了轴承温度维纳过程的样本路径,最后,对动量轮进行随机失效阈值情形的寿命预测和剩余寿命预测.该模型为...     

超燃冲压发动机流场一维平均方法研究

介绍了多种平均方法,包括常用的流量或面积加权平均方法,以及CMME(流量/动量/能量守恒)方法和CMES(动量/能量/熵守恒)方法。以超燃冲压发动机进气道-燃烧室构型为对象,研究了不同平均方法得到的等效一维结果差异,以及不同平均方法的入口参数对超燃燃烧室一维计算结果的影响。结果表明:在超燃燃烧室多维热态仿真数据分析时,推荐使用通量守恒方法;CMES方法能准确的保留总压信息,CMME方法得到的总压损失会大于实际,在处理总压恢复性能时,CMES方法更优;亚燃模态时,CMME方法和CMES方法均不能反映隔离段激波串的渐变压缩;超燃模态时,CMES方法能较好地保持动量的近似守恒,在亚燃模态则较差;不同平均方法得到燃烧室入口参数的一维计算结果与三维流场等效一维沿程静压分布均存在一定偏差,Case1流量加权平均解误差高达27.8%,通量守恒解误差仅约13%,Case2流量加权平均解误差为14.9%,通量守恒解误差仅约5%,说明CMME方法与CMES方法符合程度更高,推力计算结果更为可信。     

火箭发动机燃气射流喷水降噪研究

采用有限体积法预估喷水对火箭燃气射流气动噪声的抑制程度.建立并求解了守恒的控制体的质量、动量和能量方程,得到了燃气和水掺混后的等效射流参数,分析了水和燃气的质量流率比对等效射流参数和降噪效果的影响.计算结果和试验数据的结果基本吻合.结果显示,当水和燃气的质量流率比超过一个临界值之后,降噪效率会降低.      

协同射流在垂直尾翼流动控制中的应用研究

飞机垂尾的气动特性直接关系到垂尾尺寸和质量,通过流动控制方法提高垂尾的升力可以进一步减小垂尾尺寸,对减小结构质量具有实际意义。采用计算流体力学方法,对垂尾的协同射流主动流动控制进行数值模拟;研究射流动量系数对连续协同射流的影响规律,以及射流动量系数、堵塞比、喷口数量等参数对离散协同射流的影响规律。结果表明：对于连续型协...     

采用变速控制力矩陀螺的航天器自适应姿态跟踪和稳定控制研究

研究以变速控制力矩陀螺群(VSCMGs)为主执行机构的卫星功率/姿态一体化控制(IPACS)问题。针对卫星的三轴稳定控制和相对惯性系的姿态跟踪问题分别设计了两类自适应控制器,二者都考虑了执行机构的动力学特性,并进行了稳定性的证明。其中前者采用相对姿态描述,可以避免三轴稳定飞行中因惯性姿态旋转方向的选择而引起的控制力矩突变;后者采用改进的罗得里格斯参数(MRPs)描述姿态,简化了控制器设计过程并避免了运动学奇异。对姿态误差的描述,前者采用小姿态角假设下的偏差形式,后者采用现时姿态与期望姿态之间的方向余弦矩阵,更具有合理性。设计了能够逃离奇异、并具有轮速平衡功能的VSCMGs的操纵律,并应用磁力矩器为VSCMGs进行动量卸载。最后,通过两个算例进行了仿真,验证了所设计系统的可行性和有效性。     

基于等效等时应力应变曲线的金属材料多工况蠕变分析

为了在工程设计阶段评估涡轮叶片在多工况下的蠕变变形,基于单工况的等时应力应变曲线,提出了一种等效等时应力应变曲线的方法,并与发动机持久试车实例进行了分析比较。结果表明:基于等效等时应力应变曲线方法所计算的涡轮叶片卸载后的残余变形与发动机持久试车结果的相对误差的平均值为15.30%,而通常所采用的基于二维梁理论和基于时间步的三维有限元分析方法所计算的相对误差的平均值分别为45.35%,31.14%,表明该种方法具有较好的工程应用性。     

航空发动机转子系统结构效率评估参数及计算方法

根据航空发动机转子系统的结构特征和力学特征,提出了从结构的承载能力、抗变形能力和动力学环境适应能力3个方面进行结构效率评估的参数体系及其计算方法,并以典型小涵道比涡扇发动机转子系统为例进行了结构效率评估参数的计算分析.研究表明:平均应力系数、等效比刚度、极限惯性载荷作用下最大变形量、无量纲M-H因子和弯曲应变能系数等作为评估航空发动机转子系统结构效率的评估参数能够有效地反映各种载荷作用下结构形式和材料性能对应力水平、变形分布以及动力敏感度的影响.同时指出了该发动机转子系统现有结构设计的特点,以及进行结构优化的方向.      

基于集总参数方程的超燃冲压发动机性能计算模型

针对目前常用的基于微分方程的超燃冲压发动机性能计算模型的不足,提出了基于集总参数方程的超燃冲压发动机性能计算模型。将基于控制体法的0D积分形式的守恒方程(流量连续方程、动量守恒方程和能量守恒方程)和化学动力学模型相结合,辅以临界流量法,应用于隔离段和燃烧室的1D流场计算,实现了双模态超燃冲压发动机各种模态的隔离段和燃烧室的流量平衡计算,可以捕捉到热力学喉道,确定了隔离段流动状态和燃烧室的工作模态,进而实现超燃冲压发动机全飞行包线内和全工况下的特性计算。计算结果表明,基于集总参数方程的计算模型不但能够克服基于微分方程的计算模型的缺点,而且还具有计算精度高、计算速度快、收敛性好等优点,为超燃冲压发动机总体性能计算和方案设计提供了一种很好的参考。     

单向陶瓷基复合材料任意应力本构行为快速计算方法

为了实现快速预测陶瓷基复合材料(CMCs)任意应力加卸载作用后的损伤状态和本构行为,对CMCs任意应力加卸载力学行为进行研究。提出了任意应力加卸载曲线简化方法,得到仅包含决定CMCs损伤状态的等效载荷曲线。基于剪滞模型,直接给出CMCs在等效载荷曲线作用后的滑移区分布,避免对载荷曲线的逐点计算。进而预测了材料的损伤状态和应力应变行为。将原始加卸载曲线带入剪滞模型,计算CMCs滑移区分布和应力应变,并与本文提出的方法进行比较,结果表明,两种计算方法计算的结果一致,说明了本文提出的载荷曲线简化方法和滑移区分布计算方法是可行的。