月球探测技术--轨道设计和计算

分析了月球探测器的受力情况及其对轨道运动的影响。经简化和假设后 ,给出了探月轨道设计常用的各种力学模型和计算公式 ,并对其应用作了评述。最后介绍了奔月过程中工程上使用的 3种典型方案和各自的优缺点。     

太阳系遥远的星体——矮行星

在希腊神话中，厄里斯是纠纷与不和女神（女祸神）。在神话中，厄里斯女神挑起了女神们的不和，爆发了特洛伊战争；在现实中，“厄里斯”星体又让科学家围绕行星定义争论不休，最后直接导致冥王星退出行星行列。因此，国际天文学联合会依据希腊“不和女神”为其命名为厄里斯。     

涂硼正比计数管中热中子响应函数理论计算及模拟验证

对涂硼正比计数管的热中子响应函数计算公式进行了理论推导。在圆柱形几何结构下,热中子在垂直柱面径向入射和任意角度入射两种情况时的响应函数得到了一种普适性的响应函数表达式,并选取正比管典型尺寸(内径10 mm,涂层厚度3μm)进行蒙特卡罗模拟,对理论推导公式进行模拟验证,理论计算结果与模拟结果基本一致。研究表明,在垂直柱面任意角度入射的情况下,热中子的响应率随入射方向与圆柱中心距离y的增加呈规律性分布,即先增加后迅速降低,有一个峰值。在本文尺寸下,正向峰值在9 900~1 000μm之间,而反向峰值在9 700~9 800μm之间,反向较正向数值上偏小。此外,对理论计算值与模拟值、理论值与实验值的偏差进行了分析,并给出了解释。     

基于参数化轨迹的TAEM段在线制导方法

针对可重复使用运载器末端能量管理阶段的在线轨迹生成与制导问题,研究了一种基于参数化轨迹描述且不依赖在线积分推演与气动辨识的三维轨迹预测-校正制导算法。首先,设计了由动压上边界、下边界和最大能量边界构成的动压包线,由一个参数对包线内的动压剖面进行描述,采用离线计算的方式预先获得飞行航程随动压剖面参数、倾侧角和能量高度变化的关系并存为三维数表。随后,根据当前状态和地面航迹参数计算得到各飞行阶段地面航程信息,在待飞航程的预测中,考虑侧向机动的航程损失和模型偏差影响,采用分段查表和在线估计航程修正系数的方法对预测航程进行了两次修正。最后,研究了约束条件下的多轨迹参数连续更新策略,以保证消除航程偏差的同时轨迹具有适宜性。仿真结果表明,该方法对于初始位置、能量状态散布不敏感,其末端位置控制精度保持在米级。完成单次轨迹预测-校正的时间不超过2.3 ms,拥有较高的在线预测效率,对突发故障造成的模型偏差具有较强的适应能力。     

间断Galerkin方法计算叶型转捩流动

使用间断Galerkin方法研究叶型转捩流动,进行了大涡模拟(LES)和转捩模型的求解,对T106低压透平和Zierke-Deutsch压气机叶栅内的流动进行了计算.通过T106低压透平的计算对LES和转捩模型进行了比较,结果表明两种方法得到的压力分布和分离泡位置均与实验值吻合良好.LES得到的分离泡的轴向位置为0.145~0.165m,转捩模型得到的分离泡的轴向位置为0.150~0.156m.LES可以再现复杂的瞬时流动细节,对于深入研究流动机理很有意义,而转捩模型尽管无法获得足够的流动细节,但是也能预测边界层的分离和转捩现象,并且结果与LES时均结果相差不大,对于工程应用很有价值.使用转捩模型计算Zierke-Deutsch压气机叶栅内的流动也获得了与实验值符合的结果.      

哈勃空间望远镜探测银河系

人类从古代以来就已经开始努力认识宇宙。古希腊人是最早利用科学方法计算来解释宇宙现象的民族,他们以惊人的准确度绘制出了宇宙星图和测量出了地球的形状。随着时间的进展,人们逐渐开始利用特殊仪器了解太阳、月亮和行星等,如早期人们借助于复杂的天文望远镜观察银河系的组织结构。今天,随着航天技术的发展,科学家已经有能力将超大的望远镜送入太空。1990年4月24日,美国航宇局成功地发射了哈勃空间望远镜,引发了天文科学的革命。哈勃空间望远镜帮助科学家对宇宙有了更深入的了解,为人类观测宇宙立下汗马功劳。     

小宽高比钢桁架悬索桥颤振稳定气动措施的试验研究

以某主跨730m、宽高比小于4的钢桁架加劲梁悬索桥为研究对象,通过风洞试验考察了上中央稳定板、下中央稳定板、下横梁稳定板、导流板、双中央稳定板、双下稳定板等气动措施对主梁颤振临界风速的影响.结果表明:选取一定的尺寸(或角度),上中央稳定板能大幅提高0°和3°迎角下的颤振临界风速;下中央稳定板能大幅提高0°和-3°迎角下的颤振临界风速;下横梁稳定板对颤振临界风速的影响较小;主梁两侧栏杆上的稳定板能在一定程度上提高颤振临界风速;在桥面上下同时安装中央稳定板对于各个迎角均能大幅提高颤振临界风速;在下横梁上布置双稳定板,能在一定程度上提高0°和-3°迎角下的颤振临界风速,但同时降低3°迎角下的颤振临界风速.     

绳系卫星安全捕获策略下的释放最优控制

安全捕获是绳系卫星系统空间应用的一个重要拓展。考虑系绳质量、系统质心变化及状态、控制约束,采用基于Lagrange方程的圆轨道条件下空间绳系网捕系统三维动力学模型。建立了安全捕获模型,推导得到零相对速度条件下的安全捕获末端条件。为保证方法的适用性,将基于Legendre伪谱法的连续时间最优控制问题离散为标准的非线性动态规划问题。最后在考虑释放控制前初始面外角偏差为5°的情况下,通过数值仿真验证了方法的有效性。仿真结果表明：对于远距离释放条件下的安全捕获,系统质心变化不容忽视;最小能量与绳长加速度约束下的控制响应相比最小时间与面内角约束要更平滑。     

一种月球软着陆优化方法

提出了一种用变推力火箭发动机实现月球定点软着陆轨道的优化方法.在软着陆加速度线性变化条件下,给出了位置速度状态参数以及推力加速度、推力和秒流量的计算模型,通过调整总飞行时间和着陆点位置实现了燃料消耗最小的优化.该法简单,易于工程化,适于用变推力火箭发动机在月球上实现定点软着陆的任务.算例证明了此法的可行性和有效性.     

基于模糊前馈的空天飞行器再入姿态的模糊鲁棒跟踪控制

提出一种新的模糊鲁棒跟踪控制方法,并应用于研究空天飞行器(ASV)再入段姿态角的跟踪问题。基于ASV再入段存在外界干扰的不确定姿态动态系统的T-S模糊模型,考查姿态角跟踪误差,引入模糊前馈,得出跟踪误差指数稳定的约束条件,并在镇定控制是前馈控制的先决条件的前提下,研究了模糊前馈跟踪控制器和具有η衰减率的模糊镇定控制器的设计问题,基于Matlab的LMI(linear matrix inequalities)和FLC(fuzzy logic control)工具可实现此问题的求解。仿真结果验证了算法的有效性。