横向激励下液体大幅晃动建模分析

研究部分充液球形贮箱内的液体在横向推力作用下发生大幅晃动的等效力学模型,建模过程同时考虑平动和转动激励。建立一种新的等效模型,首次提出液体的静平衡表面垂直于等效重力方向的假设,将液体的大幅运动分解为跟随等效重力的整体运动和在此基础上的小幅晃动,该等效模型能够更好地模拟液体大幅晃动情形。将仿真得到的晃动力和力矩与传统等效模型及Flow-3d的结果进行对比,验证了新模型的有效性和准确性。该模型可应用于探月软着陆悬停避障过程等实际工程问题中。     

柔性卫星角加速度轨迹规划与振动抑制方法

针对柔性卫星在快速机动过程中会激发柔性附件振动的问题,提出一种通过设计角加速度轨迹来抑制振动的方法。在存在振动频率不确定性的情况下,所规划的角加速度轨迹能够将残余振动幅值抑制在指定的范围内。类比不同幂次余弦函数激发的残余振动表达式,设计一种含有多个待定系数的角加速度曲线,并根据残余振动幅值对待定系数进行约束,从而求解出所有的待定系数。这种设计方法改进了余弦函数抑制低频振动需要增加较大机动时间的问题。相比输入成型方法,所规划的轨迹光滑,增加的机动时间较短,对高频振动有着更好的抑制效果。     

月球探测软着陆与采样返回段弹道确定

针对月球探测中软着陆与采样返回段弹道计算问题,提出用数值逼近弹道确定方法。通过B样条对探测器状态进行建模,进而综合全弧段数据进行统计定轨的方法。由于样条法良好的数值逼近性能,使得该方法对探测器弹道异常复杂情况下的状态确定较为有效。对嫦娥三号探测器动力软着陆弧段进行了仿真与实测数据处理。分析了采样返回段的基本动力学与控制特征,为后续的嫦娥五号探测器的软着陆及其采样返回提供初步的可行弹道计算方法。在嫦娥三号探测器动力落月段实测数据处理中,通过评估,该段弹道确定精度优于100 m,其弹道末点与NASA的月球勘测轨道器（LRO）给出的结果差异优于50 m,证实了文章提出的软着陆弹道确定方法的有效性。     

大型反射面天线温度分布规律及变形影响分析

针对高频段大型反射面天线对电性能的高要求,必须降低太阳热辐射对天线的影响。先计算一天中太阳入射角度的变化规律,再基于I\|DEAS软件仿真,得到一天中各时刻天线反射面上的温度、热应力场、热变形分布,然后针对阴影对天线结构的重要影响,以“分点分段”的形式给出不同时刻温度在反射面上的分布及其影响程度和规律,为工程人员进行天线的温度补偿和结构优化提供了依据。     

分离模块航天器综合评估方法研究

以分离模块航天器概念设计阶段的方案评估分析为目标,提出一种基于数学建模和蒙特卡洛模拟的定量化评估分析方法框架。首先,定义了分离模块航天器生命周期状态及其转移过程,建立了状态转移概率矩阵,将生命周期不确定风险因素在状态转移过程中加以考虑;进而,基于系统状态模型建立了分离模块航天器生命周期成本和净收益计算模型;然后,以生命周期成本和净收益的均值和标准差作为评价指标,提出了基于蒙特卡洛模拟的综合评估仿真分析方法;最后,采用典型设计案例进行了分析与验证。     

接近和跟踪非合作机动目标的非线性最优控制

航天器在实施对空间非合作目标的近程操作任务中,需要接近目标并保持在目标附近的特定方位,对目标指定部位随动跟踪和观测。针对非合作机动目标的接近和视线跟踪的六自由度控制问题,根据视线坐标系下的相对轨道方程和体坐标系下的相对误差四元数姿态方程,建立了航天器间近距离相对运动的轨道和姿态联合控制模型。考虑模型的非线性、时变性和计算的快速性,采用θ-D控制方法进行接近和视线跟踪的轨道和姿态联合控制。为了减小跟踪同时存在轨道和姿态机动的非合作目标的控制误差,应用Lyapunov最小-最大定理设计了θ-D修正控制器,改善非合作目标同时进行姿态和轨道机动时的控制性能。仿真验证了模型的正确性和控制器良好的跟踪性能。     

航天器喷气姿态机动分力合成抑制模态选取准则

针对利用喷气执行机构实现航天器姿态机动时柔性附件的振动抑制问题,以期望的姿态指向精度及稳定度为约束,提出了需要抑制的系统模态阶次选取准则。仿真验证模型由绕单轴旋转的中心刚体及柔性附件组成,应用拉格朗日法建立适用于不同附件位置的系统动力学方程,利用准则设计了常幅值分力合成控制力矩。仿真结果验证了所提出准则的有效性,并表明：在姿态机动前若能适当调整柔性附件的位置,将便于分力合成控制器设计,易于获得较高的姿态指向精度及稳定度,且利于减少喷气次数。     

基于惯性系的双轴旋转式惯导系统转位方法

针对双轴旋转式惯导系统中不能自动补偿标度因数误差与地球自转耦合误差的问题,提出了一种改进的转位方法。该方法不增加转轴数目,通过补偿地球自转在转轴平面的投影抑制耦合误差项,计算结果表明该方法适用于激光陀螺惯导系统和光纤陀螺惯导系统。利用改进的转位方法对双轴旋转式惯导系统进行仿真,仿真结果验证了该方法的可行性。研究结果为双轴旋转式惯导系统的工程设计和改进提供了一定的理论支持。     

高动态卫星信号模拟器四阶相位合成器设计

为实现北斗二号导航系统卫星信号模拟器产生的信号对高动态条件下载体特征的准确表示,设计了一种四阶相位合成器。理论分析了由量化误差引起合成器各阶次状态间的误差传递效应,提出了非对称结构的优化设计,以平衡各阶次状态误差对最终相位状态的贡献权值;对非对称合成器进行合理的线性化近似,构建状态偏差平方和的目标函数,并给出了使其最小条件下求解各阶控制量最优值的方法。最后对高动态仿真信号进行捕获跟踪分析,结果表明该合成器合成信号的等效伪距和速度精度可分别达到10 -3 m和10 -4 m/s,优于低阶相位合成器的精度;并通过对比实验,验证了合成器量化位数对合成精度的影响。     

阻拦系统动力学建模与仿真

 以Mark 7 Mod 1型阻拦系统为基础,借助其中的油液流量系数的经验公式,将其扩展到Mark 7 Mod 3型阻拦系统。首先,将K-5型凸轮曲线进行扩展,重新设计凸轮曲线,使主液压缸的行程增加到4.65 m,进而增加了阻拦系统的容量,实现阻拦系统的优化。其次,考虑到主液压缸的质量不能被忽略,通过引入绳索的弹性形变,实现了阻拦过程主液压缸惯性、滑轮缓冲装置的惯性和飞机惯性的综合动力学仿真。再次,增加了滑轮缓冲系统,使阻拦系统的液压模型更为准确、完整。最后,在考虑了凸轮阀控制曲线以及锥形阀流量系数等各项参数变化的情况下,研究飞机各状态与阻拦系统中各参数的相互影响情况。