三轴充液航天器建模及姿态稳定控制

针对目前文献中采用的充液航天器模型多为二维平面模型,而实际中充液航天器在轨运行环境为三维环境的情况,对一类贮箱关于航天器中心轴对称的三维面充液航天器进行了动力学建模与姿态控制研究,使其更具有实际意义。首先,根据航天器在轨运行的环境建立了参考坐标系,采用单摆模型等效液体燃料的晃动。在此基础上采用角动量守恒定律建立了充液航天器各个部分对其质心的惯性力矩,并将其与充液航天器动能方程推导得出的拉格朗日方程相结合,得出完整的动力学方程,完成了建模工作,并分析得出该欠驱动系统零动态不稳定的结论。最后,考虑航天器刚体部分常值转动惯量存在参数不精确,同时三轴力矩发生常值干扰的情况,设计了滑模控制器,保证了充液航天器在轨道坐标系上的姿态稳定。     

航天器故障诊断专家系统技术的应用和发展

阐述了航天器故障诊断技术的重要性。回顾了航天器故障诊断专家系统技术应用和发展的历史，列举了现已开发的航天器故障诊断专家系统，着重介绍了两个重要原型系统。指出了航天器故障诊断专家系统技术的发展方向。     

能量有限元方法研究进展及其非平面波情况下的改进

能量有限元方法（EFEA）是一种改进的能量类方法,主要用于求解结构中高频的振动响应,可以解决传统能量类方法（如统计能量分析）无法兼顾结构局部质量、刚度、阻尼以及载荷等参数的空间分布,无法得到结构局部响应的问题。相对于有限元方法（FEA）,EFEA在中高频响应预示上一般具有更好的计算性能。考虑到EFEA在中高频以及声振耦合分析方面具有的潜在应用价值,本文从EFEA的基本假设、结果可靠性以及改进方法等方面系统介绍了EFEA方法及其研究进展,使用四边简支单板和耦合板对点载荷作用下的单板进行了参数研究,与FEA的结果对比表明,对于受到单点激励的板,通过直接场和混响场能量叠加的方法可以改善EFEA的结果。     

航天器平台-载荷-控制一体化协同研制

航天器任务能力的指标提升,对卫星系统设计的深入、精细以及集约要求更高。以系统性能最优为终极目标,围绕任务能力开展多学科一体化设计,进而引起的产品集成、验证模式的显著改变。本文对国内外航天器多学科一体化研制模式的发展和应用情况进行介绍,分析了一体化设计的需求和内涵,并对多学科一体化协同平台的实现及探索性应用进行了研究。     

声振力学环境预示的FE-SEA混合方法研究

传统的有限元方法和统计能量分析能够较好地预示低频和高频的力学环境,但如果存在刚度悬殊过大的子系统时,上述方法均难以准确预示。FE-SEA混合方法兼顾了有限元与统计能量分析的优点,可针对子系统的不同特点分别应用有限元或统计能量分析技术进行建模,而后依据边界处直接场与混响场的互易性,将子系统重新整合,得出整体系统的响应。文中主要介绍了FE-SEA混合方法的基本理论,在对经典理论研究的基础上,完善了FE-SEA混合方法的功率平衡方程并得到复杂系统在各种连接状态下随机子系统间能量传输关系的完整表达式,使得该方法可适用于更为复杂的耦合系统,拓宽了其应用范围。     

能量有限元在振动与噪声预示中的研究进展

能量有限元方法是在波动理论上建立的一种功率流方法,兼具有限元方法和统计能量方法的优点,是预示中高频域振动和噪声的一种新方法。针对国内外能量有限元的研究成果,首先从简单结构、组合结构、声振响应、特殊结构及与其他方法的结合5个方面介绍了能量有限元方法的理论研究进展,接着以杆结构为例介绍了能量有限元的基本原理,之后介绍了能量有限元软件的研究进展,重点介绍了。NASTRAN自带的EFEA软件,最后总结了能量有限元方法的成果及存在的问题,说明继续完善能量有限元理论及软件并将其应用到工程中去是迫切需要开展的研究工作。     

微机控制能量补偿型TIG焊电源的研究

本文通过对电弧形态的分析,弧长波动对熔宽和电弧电流分散度的影响等测试,提出在纯氩气氛中,当弧长波动时,欲使有效热功率恒定,最佳电源外特性应用是能量补偿型电源外特性,通过大量薄板ＴＩＧ焊接实验,建立了能量补偿电源外行性数学模型,并成功地研制了８０９８单片微机控制的能量补偿型ＴＩＧ焊电源系统。     

航天器解体模型研究的新进展

航天器解体模型用于描述航天器因爆炸或碰撞解体所产生碎片的数量、尺寸、面质比以及速度等特性的分布规律,对于空间碎片环境建模与演化、空间碎片撞击风险评估及空间解体事件分析具有重要意义。分析了目前广泛使用的NASA标准解体模型的特点,介绍了近年来国内外在航天器解体模型方面的研究进展。国外的研究主要介绍了日本九州大学和德国EMI实验室开展的卫星撞击试验以及NASA最近启动的新一轮卫星撞击研究项目。国内的研究主要介绍中国空气动力研究与发展中心(CARDC )开展的卫星撞击试验和仿真研究,以及在此基础上发展的CARDC-SBM航天器碰撞解体模型,并比较分析了该模型与 NASA 标准解体模型的差别。对当前航天器解体模型研究存在的不足进行了分析,提出了下一步应关注的研究方向。     

天基在轨空间碎片撞击监测技术的进展

随着空间的开发利用,空间碎片与日俱增,对航天器的危害已不容忽视.作为航天器健康诊断系统和空间环境监测的空间碎片在轨撞击监测技术,可以提供航天器遭受空间碎片撞击的位置、撞击的严重程度分析、损伤模式识别,同时提供空问碎片的质量、速度、撞击的角度等空间碎片的环境参数,这些信息能够帮助地面工作人员和设计人员采取有效和措施来对维持航天器的正常工作和保证航天员的安全.在轨监测系统的重要性已为世界各国所共识.对目前应用于空间碎片在轨监测技术的原理进行了研究,主要包括声发射技术,PVDF压电薄膜技术,电容传感技术等,同时对监测技术的可行性和应用现状进行了分析,提出了存在的问题和发展的趋势.     

全尺寸航天器振动台多维振动试验的天地一致性研究(下)

地面振动试验中的全尺寸航天器响应与在天上全箭振动时的航天器响应是否一致的问题,即振动试验的天地一致性问题。通常,航天器振动试验方法无法同时反映航天器在天上全箭振动时航天器和运载火箭(简称器箭)界面的加速度条件和器箭界面的安装边界条件,因而无法保证其实验结果的可靠性。对针对这一问题,于全尺寸航天器而言,如果让航天器和振动台(简称器台)界面的加速度等于在天上全箭振动时的器箭界面的加速度条件,就能同时自动满足航天器器台界面安装边界条件,由此就能求得全尺寸航天器在振动台振动试验中的解析解,精确等同在天上全箭振动中航天器振动响应。首先应用动态实验仿真技术,导出天上全箭振动响应模型及其解析解,包括:器箭界面的加速度条件和航天器内部加速度响应。然后让全尺寸航天器与振动台的界面加速度等于全箭振动中导出的器箭界面加速度条件,由此就能对全尺寸航天器振动台多维振动试验进行仿真,给出在振动台振动试验中全尺寸航天器响应的解析解结果,可以证明在振动台多维振动试验中全尺寸航天器响应的解析解等于在全箭振动中航天器响应的解析解。这一研究成果,为采用全尺寸航天器振动台多维振动试验方法来精确再现在天上全箭振动中航天器多维振动力学环境提供了完整的理论依据和实践指导。     

电化学储能材料与技术研究进展

电化学储能材料与技术是解决清洁能源利用、转换和储存的关键。本文阐述了近年来电化学储能材料与技术研究进展,包括超级电容器、锂离子电池及锂硫电池等;重点介绍了南京航空航天大学江苏省能量转换材料与技术重点实验室在这方面取得的科研成果;同时分析了目前各种电化学储能材料与技术存在的主要问题;最后展望了电化学储能材料与技术的发展趋势和应用前景。     

车用开关磁阻电机起动／发电／助力一体化系统研究

介绍了一种基于DSP和CPLD的车用开关磁阻电机起动/发电/助力一体化系统。该系统研制了一台3 kW12/10结构开关磁阻电机作为机电能量转换装置,采用TM S320F 240型DSP和EPM 7128S型CPLD构成数字控制器,可实现汽车的起动、助力、发电等一体化功能。在控制策略上,起动时以获得最大电磁转矩为优化目标,助力时兼顾转矩和效率,发电时则根据蓄电池的荷电情况自动选择恒流充电和恒压充电。实验结果表明,本文提出的车用开关磁阻电机起动/发电/助力一体化系统具有优良的电动、发电及缺相运行性能,能满足汽车的起动、助力、发电等一体化功能要求。     

航天器用镁合金高耐蚀化学镀镍层制备工艺研究

针对镁合金材料耐蚀性差,同时结合航天器电子结构产品对高导电的技术要求,采用碱性镀镍和酸性镀镍相结合的工艺方法,在AZ40M镁合金表面制备具有高耐蚀特性的Ni-P合金镀层。分别采用扫描电镜（Scanning electronic microscope,SEM）、能量色散谱（Energy dispersive spectroscopy,EDS）、X-射线衍射（X-ray diffraction,XRD）对镀层的微观形貌及相组成进行表征分析;采用动电位极化曲线及中性盐雾实验对镀层防腐蚀性能进行评价。实验结果表明：采用该工艺制备的Ni-P合金镀层为明显的非晶态结构,含磷量约为8%,属中磷镀层;当酸性镀镍时间达到60 min以上时,镀层自腐蚀电位在-0.55 V以上,中性盐雾实验48 h表面腐蚀,说明该镀层致密性好,具有优异的耐蚀性能,保证航天器镁合金电子结构产品在地面贮存、实验及空间应用的可靠性。     

电动车辆用Ni-MH电池智能化放电控制

Ni—MH电池是电动车辆的动力源,对电动车辆的性能有重要作用。以Ni—MH电池在电动车辆中的应用为例,论述了电动车辆用Ni-MH电池放电控制过程的基本原理,阐述了Ni—MH电池智能控制系统监测与控制的总体结构和功能流程。根据智能控制原理和专家经验,探讨了以Ni—MH电池能量合理使用放电控制算法,给出了电动车辆用大功率Ni—MH电池的放电特性曲线及放电电压、电流、电池温度等对其蓉量的影响结果。试验结果表明,该系统可使Ni—MH电池能量利用率增加20％以上,自适应能力较强,运行可靠,电池寿命也有显著延长。     

航天发射塔回转轴承新型清洗剂研制

航天发射塔回转轴承由于尺寸较大、结构复杂等原因,对其直接进行拆卸保养的难度过大。针对航空煤油等传统轴承清洗液存在清洗不彻底、易燃易爆、人身健康危害等缺点,本文通过对轴承润滑脂的化学成分分析研究,配置出了一种新型清洗液,用于对航天发射塔回转轴承进行清洗。经实验验证,该清洗液具有易于配置、便于存储、除油率高等特点。     

一种构建天地一体化网络的航天器信息系统设计方法

随着航天技术的发展,天地间数据交互容量、实时性等需求不断凸显。传统航天器信息系统基于1553B总线或RS422,LVDS等硬线直连架构传输数据,传输速率最多只能达到1Mb/s或100 Mb/s,已无法满足大容量数据实时传输的需求。本文提出一种新的系统设计方法,将地面成熟的1 000 Mb/s/10 Gb/s以太网技术应用到航天器中,构建天地一体化通信网,在天地间无线链路传输总带宽允许的情况下,较大程度提高天地间数据传输速率,同时有效减少星上电缆网配套数量,进而减轻飞行器重量。本文所提方法正在国内某大型组合式航天器设计中应用,可为后续航天器数传设计提供参考。     

航天器环境试验标准体系研究

环境试验是航天器安全和可靠性的重要保障。本文在对航天器研制过程中所经历的环境及效应分析的基础上,从航天器的系统构成和航天器的研制流程角度,对航天器的环境试验进行了分类,进而构建了航天器系统级、分系统/组件级、材料/器件/电子元器件级的环境效应试验标准体系,这对航天器的研制及航天器的在轨安全和高可靠性具有重要意义。     

Interfacial Issues of All Solid State Lithium Batteries

All solid state lithium battery is a promising next-generation battery system with improved cycle life,energy density,especially safety.However,its development is greatly hampered by a large impedance between the solid state electrolyte/electrode interface.How to build an ideal electrolyte/electrode interface to improve the interfacial stability and reduce the interfacial resistance is a huge challenge for improving battery performance.This paper reviews interfacial problems and introduces the formation mechanism of different interface layers between electrodes and electrolytes.In addition,the strategies for improving interfacial contact and reducing interfacial resistance are described in detail.Finally,the research directions for engineering interfaces in all solid state lithium batteries are proposed.     

非最小相位系统输出跟踪的最优预测控制方法

讨论了一类非最小相位系统的输出跟踪问题。非最小相位系统广泛存在于机器人柔性结构控制、飞机的飞机控制和航天器发射等实际问题中。由于非最小相位系统内部动态的不稳定性,传统的一些输出跟踪方法将导致系统的某些变量发散。文中通过讨论系统的有界理想状态轨迹,将期望跟踪的输出进行了扩充,利用预测控制方法研究了一类非最小相位系统的输出跟踪问题,从理论上证明了利用预测控制可以使非最小相位系统稳定地渐近跟踪期望输出。