Daytime O/N<Subscript>2</Subscript> Retrieval Algorithm for the Ionospheric Connection Explorer (ICON)

The NASA Ionospheric Connection Explorer Far-Ultraviolet spectrometer, ICON FUV, will measure altitude profiles of the daytime far-ultraviolet (FUV) OI 135.6 nm and N₂ Lyman-Birge-Hopfield (LBH) band emissions that are used to determine thermospheric density profiles and state parameters related to thermospheric composition; specifically the thermospheric column O/N₂ ratio (symbolized as \(\Sigma\)O/N₂). This paper describes the algorithm concept that has been adapted and updated from one previously applied with success to limb data from the Global Ultraviolet Imager (GUVI) on the NASA Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics and Dynamics (TIMED) mission. We also describe the requirements that are imposed on the ICON FUV to measure \(\Sigma\)O/N₂ over any 500-km sample in daytime with a precision of better than 8.7%. We present results from orbit-simulation testing that demonstrates that the ICON FUV and our thermospheric composition retrieval algorithm can meet these requirements and provide the measurements necessary to address ICON science objectives.     

Pulsar Timing and Its Application for Navigation and Gravitational Wave Detection

Pulsars are natural cosmic clocks. On long timescales they rival the precision of terrestrial atomic clocks. Using a technique called pulsar timing, the exact measurement of pulse arrival times allows a number of applications, ranging from testing theories of gravity to detecting gravitational waves. Also an external reference system suitable for autonomous space navigation can be defined by pulsars, using them as natural navigation beacons, not unlike the use of GPS satellites for navigation on Earth. By comparing pulse arrival times measured on-board a spacecraft with predicted pulse arrivals at a reference location (e.g. the solar system barycenter), the spacecraft position can be determined autonomously and with high accuracy everywhere in the solar system and beyond. We describe the unique properties of pulsars that suggest that such a navigation system will certainly have its application in future astronautics. We also describe the on-going experiments to use the clock-like nature of pulsars to “construct” a galactic-sized gravitational wave detector for low-frequency (\(f_{GW}\sim 10^{-9} \text{--} 10^{-7}\) Hz) gravitational waves. We present the current status and provide an outlook for the future.     

柔性转子动力学特性及支承结构安全性设计

叶片飞失极限状态下,航空发动机转子系统承受冲击载荷和大不平衡载荷,载荷通过转子结构传递到支承结构,对支承结构造成严重损伤。从安全性的角度看,需要对航空发动机轴承-支承结构在极限载荷下的承载能力进行有效的定量评估。提出一种新型缓冲阻尼支承结构,通过对支点刚度突降和高阻尼设计,实现在止推轴承支点处大幅降低横向冲击载荷的影响。建立考虑支承结构刚度突变和阻尼特性的转子系统动力学方程,并计算突加不平衡激励下,转子系统支点动载荷分布的变化规律。结果表明:通过优化设计支点刚度和阻尼参数,缓冲阻尼支承结构,能够有效降低突加不平衡激励下止推滚珠轴承的支点动载荷,提高支承结构的安全性。     

受输入饱和约束的导弹直接侧向力/气动力

针对受输入饱和约束的直接侧向力与气动力复合控制的导弹,研究其自动驾驶仪设计问题。导弹的执行机构分别是舵机和侧向脉冲发动机。舵机提供的是连续的控制量,而侧向脉冲发动机提供的是离散的控制量。首先采用最优控制方法设计连续的舵控制器。再对设计好舵控回路的新受控弹体,基于含有界干扰项离散饱和系统不变集分析方法进行直接侧向力控制器的设计。设计过程中,充分考虑了舵偏角的饱和非线性因素以及侧向脉冲发动机点火数取整产生的量化误差。最后,利用数值仿真验证了所提出控制方法的有效性。     

软件重构技术研究与应用

软件产品功能需求的不断变化为软件产品开发按照既定项目进度完成带来极大的困难,为有效解决该问题,提出了一种在软件产品研制过程中采用软件重构技术的方案,介绍了软件重构的定义作用及应用原则,结合软件重构在项目中的应用,进行了效果对比及分析。说明软件重构技术在提高软件质量和满足需求变化方面有明显的作用。     

环形腔室径向宽度对加力燃油泵内流及性能影响

对某加力燃油泵内部非定常流动开展了系统的数值模拟,研究了不同环形腔室径向宽度条件下泵的外特性和内流特征.计算结果表明,缩小径向宽度可有效提高泵在不同流量下的扬程,且小流量工况增幅显著高于大流量,明显改善了小流量工作的不稳定性.对于大流量工况,环形腔室截面变小导致腔室内循环流量降低、沿程损失明显减小,是泵出口扬程提高的主要因素;而对于小流量工况,环形腔室截面变小使得扩散管主流贴近环形腔室,显著降低了叶轮流道扬程损失,有效提升了泵出口扬程.      

直接侧向力/气动力复合控制系统的特征参数

为考察在大气层内拦截弹上应用直接侧向力与气动力复合控制同应用纯气动力控制的本质区别,依据连续系统跟踪性能极限的研究成果,提出以复合控制对象的非最小相位零点作为描述复合控制系统性能的特征参数。气动力回路控制对象含有一个离虚轴较近的非最小相位零点;而通过合理设计气动力控制器,直接侧向力控制对象只包含一个离虚轴较远的非最小相位零点,复合控制系统的跟踪性能可望比纯气动力的更好。设计实例对此进行了分析,揭示了非最小相位零点在控制器设计中的重要作用。     

倾转旋翼航空器建模方法研究

结合倾转旋翼航空器的整体气动结构设计,建立了该型航空器的数学模型。在考虑旋翼滑流的情况下,给出各气动面的气动力和力矩方程,并采用叶素法,建立了旋翼的气动力方程。该数学模型可为倾转旋翼航空器的控制系统设计与仿真提供参考。     

AEKF在姿态确定中的应用研究

设计了加性扩展Kalman滤波器(AEKF),对卫星姿态进行了准确估计。针对四元数法描述卫星姿态所引起的信息冗余能使滤波误差协方差阵产生奇异,并导致滤波发散,为此提出了用协方差阵降维法解决该问题。仿真结果表明,应用本文设计的滤波器,能有效克服姿态敏感器的量测噪声,准确估计出卫星的姿态。     

复合材料等效模型的适用性分析

建立了复合材料三维等效弹性常数模型,分别以对称铺层的三维实体结构、对称和不对称铺层层板结构为研究对象,通过与分层模型计算结果的比较,分析了等效模型的适用性,得出了一些有意义的结论.