航天器动力学研究内容的层次结构

简单介绍了航天器动力学学科多层次的研究对象、研究方法及研究成果,给出一个层次结构图。刚体、挠性体及液体是构成航天器的三类介质基元,分别涉及到不同特征的大量动力学问题。当多体之间相互连接构成不同类型航天器或航天器子系统时,连接结构不仅是其物质基础,同时还影响到多体系统的整体动力学特性。这些研究对象都是航天器动力学行为的内因;环境作用、控制作用是航天器动力学行为的外因;给出系统的稳定性判断则是航天器动力学研究的终极目标。     

论预先性研究与气动／飞行性能评估系统在高超声速飞行器研制中的作用（上）

论述了高超声速飞行器（战略导弹，飞船，航天飞机，高超声速飞机）研制工程的复杂性，特别强调了其气动问题研究的重要性与艰巨性，说明研制工作之进程承决于诸多因素；剖析了高超声飞行器所具有一般飞行器所没有的特点。基于世界高超速飞行器研制与使用的经验，确认空气动力学，推进技术，材料／结构，电子技术与控制是高超声速飞行器在其整个研制与使用过程中的４大关键技术，而空气动力学又是统帅全局的“重中之重”；全面地分析     

未来月球及深空探测中的动力学环境问题

近年来,越来越多的空间机构将月球和深空探测作为未来空间探测的重点。未来随着深空探测任务复杂度的增加,其面临的动力学环境也更加复杂。文章分析了月球和深空探测过程中所面临的动力学问题,介绍了现有月球和深空探测中主要动力学环境试验的情况,最后提出了未来月球和深空探测所面临的动力学环境模拟挑战和建议。     

周边式对接机构对接捕获阶段的三体力元动力学模型

在空间交会对接过程中，从首次接触碰撞到完成捕获这一阶段称为对接捕获阶段，对对接捕获阶段动力学性态的研究是空间交会对接技术的关键，建立动力学模型进行仿真是研究的一个有效途径。以有内导向瓣异体同构周边式对接机构为研究对象，从机构的物理模型出发建立了对接捕获阶段的三体力元模型。该模型考虑了缓冲系统六个方向之间的耦合和缓冲系统中齿轮等转动部件惯量的影响。并在动力学仿真软件DADS的接口上开发相应的用户模块。在DADS平台上完成对接过程的动力学仿真。     

空间机械臂动力学奇点与回避

本文导出空间机械臂非完整约束方程，讨论自由漂浮系统动力学奇点问题，对冗余和非冗余系统分别提出避免奇点的方法，对平面运动情形得到减少奇点出现的工程方法。文中附有算例。     

中巴地球资源卫星动力学分析设计

简要叙述了总体部动力学组从基础理论和工程应用两方面,对柔性动力学、多体展开动力学、多体撞击动力学等领域进行的深入研究和取得的代表性成果。重点介绍了这些研究成果在中巴地球资源卫星动力学分析设计工作中的应用情况。     

运载火箭多体动力学建模与仿真技术研究

针对新一代运载火箭结构动力学与控制系统耦合强烈、严重影响火箭的飞行稳定问题,提出一种基于多体动力学虚拟样机建模与仿真的方法,有效解决运载火箭姿态动力学模型地面难以验证的困难。首先阐述了在运载火箭姿态动力学分析中应用多体虚拟样机的基本思路;然后对多体动力学模型与传统火箭姿态动力学模型在建模原理上的差异进行分析,指出引入多体仿真技术的意义;最后针对新一代火箭,提出并实现一种多体虚拟样机建模方法,仿真并验证了新一代火箭姿态控制模型与控制参数设计的正确性。本文的研究表明,航天器系统设计中常遇到复杂的动力学耦合问题,采用多体动力学虚拟样机仿真是一种行之有效的方法。     

细长弹/箭体简化梁结构动特性设计研究

将细长弹体等效为等截面自由直梁,分析比较了三种求解其低阶固有频率的方法,算例证明：比起有限元方法和经验公式,根据自由振动方程求解得到频率解析式的方法计算精度较高且使用方便。应用频率解析式,利用优化方法,对等截面自由直梁进行初始动力学设计。细长体飞行器作为弹性体,只考虑其刚体运动是不能满足要求的,本文可为细长体飞行器的早期动力学设计提供参考,具有一定的工程应用价值。     

带充液腔的自旋卫星稳定性问题

本文应用Pfeiffer的思想讨论带轴对称充液腔的卫星系统自旋稳定性。本方法的基本思想为将轴对称腔内的液体旋度平均化,使之与空间位置无关,由此将液体的无限自由度问题离散化为有限自由度问题,从而用线性理论讨论系统的自旋稳定性。用这方法,本文讨论了带充液腔的非轴对称卫星系统、带充液腔的双自旋卫星系统的自旋稳定性,给出了它们的自旋稳定性判据。此外,本文还给出了一些带有不同形状腔体的卫星系统自旋稳定域图,为实际工程设计人员提供理论参考。     

一种二自由度球形五杆并联机构的运动学分析

应用螺旋理论分析一种二自由度球形五杆并联机构的运动螺旋及其反螺旋，在此基础上分析了其自由度。建立其位置正、反解方程，并进行验证。应用螺旋理论建立了其一阶影响系数矩阵。     

大型弹道式飞行器六自由度仿真研究与展望

本文针对大型弹道式飞行器传统建模和仿真方法的局限性，采用多种运动形态一体化建模方法，建立了飞行器全干扰，全量，全通道，时变非线性六自由度模型，并进行了数字仿真和接入部分实装的半实物仿真。     

倾斜转弯飞航导弹的制导与控制问题研究

为了提高飞航导弹的侧向机动能力且保证导弹不产生较大的侧滑角 (受导弹所用发动机进气道限制 ) ,本文探讨倾斜转弯 (BTT)控制在飞航导弹控制中的有关理论与应用问题。提出了制导与控制系统控制命令生成方法。以工程应用为背景 ,采用古典控制理论与滑模控制相结合的设计方法来设计BTT导弹自动驾驶仪 ,对所提出的制导与控制方法进行了六自由度数学仿真 ,结果表明本文方案正确、有效 ,且简单 ,工程上易于实现。     

复杂结构充液航天器晃动动力学与姿态稳定性

复杂充液航天器的晃动及其对控制系统的影响是当前空间高技术的重要问题。 本文首先由力学变分原理导出充液复杂系统的方程式,其中包括流体力学方程和相应的边界条件,以及弹性连续介质力学方程;特别是,考虑了强毛细作用力的影响。其次,考查了微重条件下带有隔板的贮箱内的液体晃动、带有网孔隔板腔体内的液体晃动和粘弹性隔板对抑制晃动的作用。另外,本文将分析带有多腔充液自旋卫星的姿态稳定性,以及晃动、液体涡旋、贮箱偏置,能量耗散和哥氏加速度对卫星运动的影响。最后,讨论了多体系统充液挠性空间飞行器的稳定性问题。 同时,本文给出了数值计算结果和某些试验结果,并与理论分析作了对比。     

火星进入段纵向脱敏局限性分析与三自由度脱敏设计

针对火星进入段制导存在的“进入状态偏差”问题进行脱敏轨迹设计研究,以增强制导鲁棒特性,提升末端状态精度。首先分析倾侧角反转逻辑对弱机动能力航天器制导精度的影响,结果表明, 存在倾侧角调整性能约束时,反转逻辑会引起末端状态偏差并使系统对进入状态偏差敏感度上升,当制导采用现有纵向脱敏方法时其影响尤为突出,会导致严重失效问题;然后在解决敏感度传播奇异问题的基础上提出三自由度脱敏设计。其主要思路是轨迹优化中采用三自由度动力学方程,而敏感度罚项仍由纵向敏感度传播方程得出。蒙特卡洛仿真结果表明本文方法对进入状态偏差具有显著增强的鲁棒性能。     

卫星液体晃动气浮台仿真试验系统的运动分析

本文通过边界元数值法求解了部分充液自旋球腔内的液体晃动问题。以流体运动的基本方程和系统运动的Ｅｕｌｅｒ动力学方程为基础，考虑了贮箱偏置、涡旋、重力及Ｃｏｒｉｏｌｉｓ力等因素对流体晃动和系统运动状态的影响，求解出液体的速度场，并在此基础上估算液体的能量耗散率和系统的章动时间常数     

对无控旋转目标逼近的自适应滑模控制

对追踪器逼近无控旋转目标器的轨迹和姿态六自由度控制问题进行了研究.基于适用于任意偏心率的航天器相对运动轨道和姿态动力学模型,对追踪器逼近无控旋转目标的参考轨迹和参考姿态进行了分析与设计,推导了一种用于六自由度逼近控制的自适应滑模控制器.通过仿真分析,证明了所设计的逼近参考轨迹和参考姿态的合理性,同时验证了自适应滑模控制器的有效性.     

可控翼伞、返回舱组合体滑翔性能研究

文中采用“九自由度”动力学模型分析了可控翼伞、返回舱组合体的滑翔性能。     

自由浮动空间机械臂的最优控制

自由浮动空间机械臂所满足的动量矩守恒方程是一个非完整约束条件。首先把铰关节角速度作为输入，建立起系统的状态方程。然后把输入表示成待定系数的Ｆｏｕｒｉｅｒ 基组合，从而将最优控制转化为对代数问题的求解。最后用非线性最小二乘法迭代求出同时使载体和铰关节达到预定位形，而且使输入能量最小的最优控制。仿真算例说明，本文的方法是有效的。