航天器着陆碰撞动力学CUDA并行计算技术

航天器着陆接触碰撞过程中的瞬态响应计算,涉及到几何非线性、接触非线性和材料非线性,计算过程复杂,计算量大。为此,文章将统一计算架构(CUDA)技术应用到接触碰撞问题的并行显式积分计算,研究了质量矩阵和刚度矩阵的并行生成方法,并将基于中心差分法的求解过程并行化实施。仿真算例表明:并行算法计算结果准确,较大地提高了计算仿真分析的效率,可为航天器着陆过程中冲击动力学计算的快速和高精度实现奠定基础。     

一种绕飞编队卫星星间链路系统的总体设计方法

为了建立高精度相对定位编队卫星的星间链路,提出了一种基于GPS的绕飞编队卫星星间链路系统设计方法。针对我国首次以InSAR为背景的任务,以某绕飞编队星座星间链路系统总体方案为例,利用STK/MATLAB分析软件,对天线覆盖区与组阵进行了仿真分析,并根据分析结果做了系统优化,包括星间轨道构型、天线设计组阵图、天线安装位置、链路预算、星间通信措施设计分析以及电磁兼容性分析等。结果表明:基于GPS的编队卫星能够从系统角度优化设计建立星间链路,从而完成编队跟飞、绕飞期间的星间通信与测量任务,为卫星建立星座构型、相对定位测量提供了可靠、稳定的传输通道。该设计方法可为同类卫星或其他类型卫星星间链路系统设计提供参考。     

Dynamics and control of spacecraft hovering using the geomagnetic Lorentz force

To achieve hovering, a spacecraft thrusts continuously to induce an equilibrium state at a desired position. Due to the constraints on the quantity of propellant onboard, long-time hovering around low-Earth orbits (LEO) is hardly achievable using traditional chemical propulsion. The Lorentz force, acting on an electrostatically charged spacecraft as it moves through a planetary magnetic field, provides a new propellantless method for orbital maneuvers. This paper investigates the feasibility of using the induced Lorentz force as an auxiliary means of propulsion for spacecraft hovering. Assuming that the Earth’s magnetic field is a dipole that rotates with the Earth, a dynamical model that characterizes the relative motion of Lorentz spacecraft is derived to analyze the required open-loop control acceleration for hovering. Based on this dynamical model, we first present the hovering configurations that could achieve propellantless hovering and the corresponding required specific charge of a Lorentz spacecraft. For other configurations, optimal open-loop control laws that minimize the control energy consumption are designed. Likewise, the optimal trajectories of required specific charge and control acceleration are both presented. The effect of orbital inclination on the expenditure of control energy is also analyzed. Further, we also develop a closed-loop control approach for propellantless hovering. Numerical results prove the validity of proposed control methods for hovering and show that hovering around low-Earth orbits would be achievable if the required specific charge of a Lorentz spacecraft becomes feasible in the future. Typically, hovering radially several kilometers above a target in LEO requires specific charges on the order of 0.1 C/kg.     

基于贝叶斯模型平均的航空发动机可靠性分析

针对不同失效模式的特点,利用航空发动机状态监测信息,分别采用Gamma过程、Wiener过程和Weibull分布建立可靠性分析模型.采用贝叶斯模型平均（BMA）方法,分析不同失效模式对可靠性影响,对航空发动机可靠性进行集成分析.通过算例跟踪某在翼航空发动机可靠性水平,基于贝叶斯模型平均的航空发动机可靠性模型的计算误差率低于单一可靠性分析模型,计算结果误差率低于1%.说明多模型集成可靠性技术在复杂系统运行可靠性分析中的有效性和准确性.      

壁面吊挂清洗机器人碰壁缓冲问题研究

从机器人自动上壁及缓冲的需求出发,分析了机器人拉力形成的机理、碰壁的原因和过程.利用空气动力学原理,给出了拉力的计算方法,采用机器人物理样机进行实验,对计算结果进行了验证.在拉力的作用下机器人与壁面贴合,同时伴随碰撞,其间冲击能量的吸收由机器人裙边和支撑机构所构成的缓冲装置承担.前者还要保证机器人贴壁后的密封,因此刚度不宜过大,后者还要保证机器人在壁面上稳定行走,因此它的刚度又不宜过小.给出了缓冲装置刚度的确定方法及其在裙边和支撑机构上的分配准则,可用于工程分析.     

氧在熔融SiO2中扩散的分子动力学模拟

在高温干燥的氧气环境中,SiC材料将氧化生成SiO₂氧化膜,影响材料性能。SiO₂在SiC上的生长由氧气通过氧化物的扩散控制。由于温度条件限制,传统实验方法很难测定氧气在高温氧化物中的扩散。本文采用分子动力学研究不同温度下氧在熔融SiO₂中的扩散行为。基于Morse、L-J等势函数及其参数,模拟了高温下的无定形SiO₂结构,计算获得了氧在950、1 100、1 200、1 300及1 400 ℃温度下的均方位移曲线及扩散系数,分析了温度对气体扩散的影响作用,拟合了温度相关的Arrhenius公式。研究结果可为SiC基及其复合材料的氧化行为研究提供参考。     

模糊传感器与区间型多属性决策的信息融合方法

对于日益复杂的信息环境和变化的目标特性,现有的多传感器信息融合方法大多为"静态的",较少考虑传感器可信度变化以及测量过程中的多维特征指标权重的时效性给融合结果带来的影响.为了解决此问题,提出了一种基于模糊理论与区间型多属性决策的信息融合方法.该方法从各传感器对模糊命题支持度的一致性来定义其信息质最优化度,用区间数与多属性决策理论来定义特征识别综合置信度,并从这两方面客观确定了传感器的融合权重,较好地解决了对传感器信息与目标特征权重为模糊与不确定时的合理评价,以此构建了一个智能优化决策层融合识别模型.最后以弹道目标识别实验证明了此方法有较好的时效性和准确性.     

空间碎片超高速碰撞数值模拟的SPH方法

利用光滑质点动力学SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对Whipple防护结构在空间碎片超高速碰撞下的物理过程进行了数值模拟.在数值模拟中,为了充分发挥SPH方法和有限元方法FEM(Finite Element Method)的优点,利用有限元单元和SPH节点混合建模,将有限元单元和SPH节点(SPH nodes)通过定义接触条件相结合,在大变形和飞溅区域采用SPH节点建模,而小变形区域则采用有限元单元建模,从而大大节省求解时间,提高计算效率.计算结果表明,弹丸在穿透前板后,形成二次碎片,碎片云经膨胀和拉长,对后板造成轻微的损伤,这和文献的相关试验数据是符合的.利用SPH方法对空间碎片的超高速碰撞过程进行数值模拟,不仅很好地预测了Whipple防护结构的破坏情况,而且对整个碰撞过程,包括碎片云的形成、膨胀和拉长过程都有形象的描述,符合超高速碰撞的试验测试结果.     

空间高阶差分近似对三维ADI-FDTD数值色散的影响

研究采用空间高阶差分近似的三维交替方向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD,Alternating-Direction Implicit Finite-Difference Time-Domain)数值色散问题,首先推导了采用空间高阶差分近似的数值色散迭代公式,分别对最小相速方向和最大相速方向进行二阶、四阶、六阶、十阶空间差分数值色散误差的数值计算和比较,并分析数值色散对空间差分阶数的依赖关系,最后发现在均匀网格中采用四阶空间差分能得到较好的效果.     

谈住宅小区给水方案设计

本文讨论了我市住宅小区生活、消防给水系统的水平和状况。