机身自动调姿方法及误差分析

提出了机身自动调姿方法.该调姿方法利用研发的调姿控制平台将激光跟踪仪跟踪测量、托架式自动定位器、精确控制系统和调姿集成软件系统有机结合起来,完成位姿信息采集、位姿解算、轨迹规划、运动学逆解、定位器自动定位,实现机身自动精确调姿.调姿过程中,跟踪仪自动跟踪测量位姿基准点,获得机身实时位姿,从而对调姿轨迹进行及时修正.利用微变换齐次变换矩阵,研究了各误差源与机身调姿误差的关系,对多个定位器误差进行了融合,误差分析为保证调姿精度提供了理论依据.初步工程验证表明:该调姿方法能有效降低机身调姿误差,提高总装精度和效率.     

考虑轨控调姿的共面椭圆轨道寻的交会

在交会对接寻的段,为了保证自主测量导航设备的连续跟踪和追踪航天器飞行姿态的稳定,要求寻的段尽量采用水平脉冲进行控制,使对地定向的追踪航天器在寻的轨控期间尽量不调姿或调整的姿态角尽量小。本文考虑轨控前调姿的航天器两脉冲寻的交会问题,提出了轨控调姿定量指标并给出了物理解释和数学定义。根据轨控调姿位置和次数不同,将问题分为首脉冲不调姿、末脉冲不调姿、两次均不调姿和两次均调姿等4类。对于前3类问题,提出迭代求解算法;对于第4类问题,提出非线性规划求解算法。最后,将调姿指标和特征速度的等值曲线叠加,提出了"交会参数设计图",可以快速直观地筛选出满足期望指标的交会参数集,辅助交会策略的制定。仿真结果验证了本文提出方法的有效性。     

考虑姿态控制的控制力矩陀螺微振动抑制研究

高精度卫星上的光学载荷需要隔离振动来保证指向精度和成像质量,而卫星上用以姿态控制的控制力矩陀螺(CMG)在运行时会对卫星本体产生扰动力和扰动力矩,影响光学载荷的设计指标。本文以CMG这类典型的卫星姿态控制设备为研究对象,通过实验获得其振动特性,并在此基础上考虑姿态控制过程中调姿振动与六自由度隔振系统模态振型之间的耦合引起的共振现象,选择集群式CMG的安装方式实现两者间的稳定运行。而后根据理论分析对隔振系统的设计进行优化和有限元仿真,最后通过实验验证了隔振系统在微振动抑制上的有效性。     

火星巡视器动力学建模研究与仿真平台实现

火星巡视器是执行复杂的火星表面探测任务的重要载体,为保证巡视器的可靠性,本文对火星巡视器动力学原理进行了研究.首先,分析了巡视器的结构组成,介绍了巡视器动力学建模的相关理论基础.然后根据巡视器有向Span树的轴链系统,基于拉格朗日递归动力学分析方法,得到了多轴系统拉格朗日方程,通过遍历巡视器轴链拓扑完成了巡视器动力学模...     

机器人操作机的建模及避障研究

介绍了机器人智能路径规划系统-RIPPS.该系统可用作机器人离线编程工具.系统由几何建模,运动学建模及路径规划三部分构成.用户利用其几何建模功能建立分布着障碍物体的机器人工作环境,通过输入参数利用机器人运动学建模功能来定义机器人操作机.系统的路径规划器根据指定的机器人起始位姿及目标位姿产生准优化路径,首先将障碍物体变换到位姿空间中,再在位姿空间中进行路径搜索.作者已在SGI/4D70工作站上进行了有效的仿真研究,下一步工作是在商业化机器人上实现该规划系统.     

基于区域感知的机械零件位姿计算方法

机械零件位姿识别的准确性与高效性是实现生产过程自动化与仓储物流智能化的关键性能之一.本文对一般机械零件的位姿计算方法进行了研究,针对其形状种类多、结构特征明显等特点,结合场景语义分割方法以及点对特征,提出了一种基于区域感知的机械零件位姿计算方法,计算机械零件的位姿.为验证方法的有效性,使用多组数据进行了实验,并和其他方...     

200m自由飞弹道靶模型高精度视觉位姿测量技术

为精确测量弹道靶超高声速自由飞模型位姿变化参数以用于气动力参数辨识,中国空气动力研究与发展中心结合双目视觉定位技术和前光照相技术,在弹道靶上发展了超高声速自由飞模型的高精度视觉位姿测量技术。双目测量站沿模型飞行方向布置,试验前完成测量站单站标定、多站全局坐标关联等。模型进入测量站视场中心时,脉宽小于10ns的激光经扩束后照射表面带编码标记点的模型,同时双目测量站相机获得前光图像。试验后通过模型表面标记点识别解算,获得模型飞行过程的位姿参数。在解决靶室杂光滤除、前光光源出口光斑匀化、双目测量站全局关联、模型表面处理及标记点制作等技术的基础上,建立了200m自由飞弹道靶模型高精度视觉位姿测量系统。在200m自由飞弹道靶上开展了长165mm的20°锥模型的飞行试验,试验环境压力15kPa、速度2.7km/s,根据视觉位姿测量系统获得的锥模型在各测量站飞行位姿参数和激光器的出光时序,通过辨识获得锥模型的阻力系数和动导数等气动力参数,所得结果与AEDC G靶上的结果趋势基本一致。     

脊状表面航行器模型减阻特性的水洞实验研究

通过水洞实验研究具有横流方向的脊状表面航行器的阻力特性.运用三分力天平,分别对光滑表面航行器模型和脊状表面航行器模型在零迎角、不同水速下进行阻力测试,得到其减阻特性曲线.实验结果表明,脊状表面航行器模型具有很好的减阻效果,减阻量与脊状结构的特征尺寸、间距以及来流速度有密切关系.在实验工况内,最大减阻量达到11.7%.     

航姿系统内阻尼的模糊自适应滤波算法

平台式惯性航姿系统的内阻尼算法通过阻尼网络将自身的速度信息加到系统中,达到提高姿态精度的目的.本文将该思想引入到捷联式惯性航姿系统中,在系统加速度较小时,利用加速度计的输出估计系统姿态角,通过卡尔曼滤波的形式补偿姿态误差.由于内阻尼算法只有在系统加速度较小的情况下才能使用,本文设计了模糊自适应控制器,根据三轴加速度计的输出进行自适应判断内阻尼算法是否可用,调整内阻尼卡尔曼滤波器的量测误差方差阵,从而避免了滤波器的发散.仿真和实验表明,内阻尼的模糊自适应算法可明显抑制舒勒周期振荡和傅科周期振荡,避免了系统姿态漂移,有效提高了捷联惯性航姿系统的精度.     

上游转子对下游静子叶片气动力的影响

为研究轴流压气机下游静子叶片非定常气动力的大小和频率的变化规律，采用在静子叶片表面埋设微型动态压力传感器的方法，在低速单级轴流压气机实验器上进行了静子叶片表面压力的测量。测量了不同轴向间距、不同转速下从近堵塞到近失速的宽广流量范围，并对所测得的静子叶片非定常气动力进行了离散傅立叶变换，以分析其频谱特性。实验结果表明：在转子尾迹的影响下，静子叶片表面的波动频率是转子的尾迹频率及其倍频。转子尾迹频率的高频分量对静子叶片吸力面前缘的影响比对其他位置的影响大。叶片表面的非定常压力和气动力随压气机流量、转速和轴向间距的变化而变化。     

3自由度并联机构的位姿分析

本文对3自由度并联机构的位置正解求法进行了初步探讨。应用闭合回路方程法对空问3-RPS并联机构的输出件的位姿进行分析,推导出该机构的运动学正解。获得了输出件的位姿,给出该机构位姿分析的数值仿真实例。     

CO2中激波脱体距离的弹道靶实验测量和数值计算

在中国空气动力研究与发展中心超高速所超高速弹道靶进行了CO₂条件下圆球和火星着陆巡视器模型的激波脱体距离测量实验,为数值模拟提供验证依据。实验模型为φ10mm圆球和头部半径12.5mm的着陆巡视器模型。圆球模型的飞行速度为2.122~4.220km/s,靶室压力为2.42~12.30kPa;着陆巡视器模型的飞行速度为2.802km/s,对应靶室压力为1.836kPa。实验数据与采用双温度非平衡模型计算的结果进行了对比。得到以下结论:采用双温度非平衡模型能够较准确地再现模型头部激波脱体距离;根据计算结果推测绕模型流动主要为非平衡流动;需补充更高模型飞行速度（>5km/s）的实验数据,验证CO₂中更高流速状态下双温度非平衡模型的适用性与准确性,并进一步研究多温度模型和不同化学反应动力模型对CO₂下非平衡流数值计算准确性的影响。     

NF-6连续式跨声速风洞马赫数控制方式比较与研究

NF-6风洞通过压缩机静叶角预置进行马赫数粗调,而马赫数精确调节包括压缩机转速调节与试验段下游栅指位置调节两种方式.从调节范围、调节精度、调节速度与安全性4个方面对两种调节方式进行了对比研究.栅指调节在调节范围、调节精度方面具有一定优势,但两种精调方式均能很好地满足指标要求,而利用压缩机转速细调马赫数则具有安全性较好,且系统更简洁等特点.风洞最终选定了利用压缩机转速精调马赫数的控制方式,并确定了马赫数控制的流程.测试结果表明,风洞在全运行范围内马赫数控制精度优于±0.002.     

飞机装配自主移动式自动制孔系统机构设计

分析了飞机装配自主移动式自动制孔系统机构的功能要求,设计了一种双框八腿真空吸附式自主移动机构。并采用虚位移法对该机构进行了法向调姿自由度分析,分析结果表明该机构符合法向调姿时Z向进给,A、B角转动3个自由度的设计要求。     

飞轮贮能系统在未来航天器中的应用

传统蓄电池贮能系统由于其比能量小、可靠性低的固有缺陷已难以满足未来航天器的总体性能发展要求。近年来,随着高性能磁轴承、高强度轻重量的复合材料、电力电子技术等一系列关键技术的发展,使得飞轮贮能系统取代目前航天器中镍氢电池贮能系统成为可能。文中系统地阐述这一未来的航天器贮能系统,其中具体介绍了飞轮贮能系统的高比能量、长寿命、高效率等优越特性以及在航天器应用中独具的位姿控制附加功能,并对飞轮贮能系统的结构组成、多功能集成等方面作了较为详细的论述,最后介绍了目前飞轮贮能系统在航天器中应用研究的状况     

捷联惯性航姿系统中的模糊内阻尼算法研究

舒勒周期振荡和傅科周期振荡会影响捷联惯性航姿系统的精度。本文将传统的平台内阻尼的思想引入到捷联惯性航姿系统中，通过设计水平回路中的三阶内阻尼网路，利用系统本身的速度信息来阻尼周期振荡。由于改变了舒拉调整条件，内阻尼算法只有在系统加速度较小的情况下才能使用。文中根据模糊理论对三轴加速度计的输出分析系统运动状态，判别是否能够使用内阻尼网路。仿真和实验证明，模糊内阻尼算法明显抑制了舒勒周期振荡和傅科周期振荡，有效提高了捷联惯性航姿系统精度。     

绕圆头回转体通气空化流型的实验研究

为了深入了解通气空化流动现象,利用高速全流场显示技术,对绕圆头回转体通气空化流型进行实验研究。结果表明,重力效应和通气量对通气空化的多相流流型起主要作用。定义了弗洛德数和通气率两个无量纲数,将绕圆头回转体通气空化分为5种多相流流型,即透明空泡、透明气弹、透明分层、水气混合以及半透明水气混合。流动参数对流型的影响分为2个阶段,即重力起主要作用阶段和重力效应不明显阶段。在重力起主要作用阶段,通气率一定时,随着弗洛德数的增大,附着弹体的空泡倾斜程度变小,弹体上表面的断裂空泡转变为贴着弹体壁面的稳定空泡;弗洛德数一定时,随着通气率的增大弹体上表面断裂空泡的尺度不断增大。在重力效应不明显阶段,通气率一定时,随着弗洛德数的增大,雷诺数变大,流场的湍流强度增大,空泡尾流区域水气交换的程度加剧;弗洛德数一定时,随着通气率的增大,通气空化数减小,绕弹体的云雾状空泡逐渐转变为透明空泡。最后,进一步分析了重力影响下透明空泡脱落的非定常过程,以及反向射流作用下云雾状空泡交替脱落的非定常过程。     

超疏水旋转圆盘气膜层减阻的实验研究

在冯卡门旋流中,对均匀超疏水表面与网纹超疏水表面在雷诺数Re～O(105)量级上的减阻性能与表面气膜状态进行了实验观测.2种超疏水表面均使用物理喷涂法在有机玻璃板上喷涂纳米疏水颗粒制备.网纹超疏水表面制备时增加了丝网掩模的步骤,因此其表面增加了毫米级网格纹理.实验结果表明:对于冯卡门旋流中的超疏水表面减阻而言,存在一个...     

焊接位姿参数定义的讨论及典型工件的建模

讨论了弧焊机器人焊接位姿参数的定义。焊接位姿包括焊缝位置和焊枪姿态,可以用焊缝倾角、焊缝转角、焊枪工作角和焊枪行走角四个参数来表征。对这四个焊接位姿参数的内涵进一步完善和修改,使其更适合于弧焊机器人焊接的实际需要,更通俗易懂。针对典型的马鞍形焊缝进行数学建模,并利用MATLAB软件计算焊接位姿参数。     

环形液池浮力-热毛细对流表面振荡现象的临界温差

对于上部开口的环形液池,加载径向温度梯度将使气液接触面上表面张力分布不均匀,耦合于地面的重力作用,将会驱动薄层流体形成浮力-热毛细对流.当径向温度差△T达到某一临界值△Tc时,一定厚度的液层表面就会出现具有一定规律的振荡现象.实验采用高精度激光位移传感系统,测量了液池表面某点位移随液层厚度h和径向温差△T的变化曲线,讨论了浮力-热毛细对流表面振荡的临界温差及两种驱动力的耦合问题,进行了表面畸变参数的无量纲分析,考虑了起始环境温度对临界温差的影响,推导了振荡相对较强时液层的厚度范围.