Autonomous attitude coordinated control for spacecraft formation with input constraint,model uncertainties,and external disturbances

To synchronize the attitude of a spacecraft formation flying system, three novel autonomous control schemes are proposed to deal with the issue in this paper. The first one is an ideal autonomous attitude coordinated controller, which is applied to address the case with certain models and no disturbance. The second one is a robust adaptive attitude coordinated controller, which aims to tackle the case with external disturbances and model uncertainties. The last one is a filtered robust adaptive attitude coordinated controller, which is used to overcome the case with input con- straint, model uncertainties, and external disturbances. The above three controllers do not need any external tracking signal and only require angular velocity and relative orientation between a spacecraft and its neighbors. Besides, the relative information is represented in the body frame of each spacecraft. The controllers are proved to be able to result in asymptotical stability almost everywhere. Numerical simulation results show that the proposed three approaches are effective for attitude coordination in a spacecraft formation flying system.     

碳纳米管有序增强体及其复合材料研究进展

碳纳米管(CNT)是迄今为止力学性能最高的轻质材料之一,同时兼具优异的导电性和导热性,作为新一代高性能增强材料具有难以估量的发展潜力。特别是以连续碳纳米管纤维和碳纳米管膜为代表与树脂复合制得的连续碳纳米管复合材料,被公认为是具有划时代意义的第3代先进复合材料。本文围绕连续碳纳米管纤维、碳纳米管膜及其与树脂复合形成的复合材料,介绍其制备方法、控制技术、结构特点、力学与功能特性等国内外研究进展,揭示了碳纳米管有序增强体中独特的多级结构特征与多级复合强化机制,阐述了该复合材料应用特色,并展望其应用前景与潜能,以期为碳纳米管纤维复合材料革新未来航空航天超轻结构的多功能化设计与研究提供参考。     

NiCo/Cu多层纳米线的制备、表征以及磁化反转机制研究

采用电化学沉积在多孔氧化铝模板中制备了NiCo/Cu多层结构纳米线,并使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征了纳米线的形貌和微观结构。透射电子显微镜的结果表明,通过控制阶梯电位时间,制备的铁磁层厚度为100nm,非铁磁层厚度为10nm。结合选区电子衍射技术(SAED)与X射线衍射分析技术(XRD),确定多层纳米线的晶格结构是面心立方(FCC)。在分析多层纳米阵列的微观结构之后,使用振动样品磁强计(VSM)测量磁滞回线。结果表明,随着Co含量的增加,多层纳米线的矫顽力升高。当多层纳米线中Co含量为10%和30%时,易磁化轴垂直于纳米线,当Co含量为70%和90%时,易磁化轴平行于纳米线。最后,对纳米线磁化翻转机制进行微磁学模拟分析得出,当外加磁场垂直于纳米线时,磁化反转机制是形核机制;当外加磁场平行于纳米线时,磁化反转机制是卷曲机制。     

复杂型面固体装药结构的快速建模技术

高质量的有限元网格是保证计算精度的前提和基础。固体装药结构型面极其复杂,这给有限元的离散带来了很大的困难,为此需要开展快速建模技术研究。快速建模思想是针对固体装药结构具有循环对称的特点,基于CAE软件,对于其中子结构将其分割成具有单一几何拓扑型式的组合体,方便地实现拉伸、映射或者扫掠操作,获得精度较高的结构化网格。针对某一典型星形内孔固体装药结构,详细阐述了快速建模的核心技术,数值模拟了固化降温过程中固体装药结构的应力应变场特征。快速建模技术对于其他类似的固体装药结构有限元离散具有很好的借鉴和参考价值。     

海洋环境下天线腐蚀机理与防腐技术研究

针对海洋环境下测控天线腐蚀引起的性能劣化和失效,在分析天线腐蚀机理、危害及影响因素的基础上,为设备的工程设计提供了采用耐腐蚀材料、隔断环境影响、表面防护技术、密封等防腐蚀措施的指导原则与设计方法,并首次探讨了海洋强腐蚀环境中,测控天线防腐蚀采用重装氟防腐涂料保护法和牺牲阳极的阴极保护法的可行性和实施细节。     

三向测量技术在深空探测中的应用研究

较详细地介绍了三向测量技术（包括三向测距和三向测速）,阐述使用三向测量的工程背景和重要意义,给出利用三向测量数据进行实时定位的数学推导,并分别对三向测距和三向测速原始数据的误差进行了分析;最后给出在＂嫦娥一号＂试验轨道段采用三向测量技术得到的残差分析结果。结果表明,在未进行站间时间同步的情况下,＂嫦娥一号＂卫星100km×100km环月轨道段三向测距误差约200m,三向测速误差约2cm/s,利用三向测量数据可以单独进行轨道确定,验证了我国后续深空探测中应用三向测量技术的可行性。     

回油型面结构对计量装置特性影响研究

为评价回油型面结构对燃油计量装置特性的影响,以Matlab为平台建立了燃油计量装置仿真模型,采用相同输入量对三角形、矩形和圆形回油型面结构进行仿真计算,并对其仿真结果进行对比和分析。结果表明:3种回油型面结构对装置的计量特性都有较大影响,在相同条件下,三角形回油型面结构的计量特性最优,而矩形回油型面结构的最差;当活门开启时,矩形及圆形回油型面结构的开度面积及流量特性都会出现震荡现象,而三角形回油型面结构则是稳定的。     

基于单个长基线干涉仪的运动单站直接定位

 针对以往单站无源定位系统中采用的多通道干涉仪或阵列测向系统复杂、易受通道间幅相不一致性影响等缺点,提出了一种基于信号子空间分解的运动单站单个长基线干涉仪(LBI)直接定位(DPD)方法。该方法采用量子粒子群优化(QPSO)方法获得定位初值,再利用Newton迭代方法得到精估计值。仿真结果表明:增加观测器的机动性,可对辐射源实现快速无模糊的定位;定位性能在较高信噪比(SNR)下可接近定位误差的克拉美-罗下限(CRLB),在低信噪比下优于多通道干涉仪仅测角(BO)和长基线相位差变化率定位方法。     

自适应循环发动机不同工作模式稳态特性研究

针对自适应循环发动机(ACE)的一种布局形式,利用所建立的部件级性能仿真模型,对其多种工作模式下典型工作点的匹配机理及工作特性进行仿真和分析。研究结果表明,节流比TR选择对地面起飞推重比和高空高速性能均产生较大影响;可变Flade风扇的出现使得发动机从不加力向加力模式转变时可采用固定的喷口喉道面积;通过多个可调几何的协同调节,ACE发动机循环模式的选择具有更多的灵活性,总涵道比的变化幅度更大(0.28～1.43,地面起飞工作点);相同的推力水平下,与单涵模式相比,三涵模式的单位耗油率在亚声巡航工作点(H=11km,Ma=0.8)大约降低9.1%,在超声巡航工作点(H=11km,Ma=1.5)大约降低2.3%。     

斜切径向旋流燃烧室主燃区光学测量与特性分析

针对斜切径向旋流环形燃烧室模型,采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)、相干反斯托克斯喇曼光谱(CARS)光学测量手段,在模化状态(Case 2)下,对燃烧室主燃区进行温度测量,分别得到了主燃区内12个点的温度和沿两条路径的积分温度.使用Fluent 12.0对Case 2进行数值模拟,分别使用两种非预混燃烧模型:平衡化学反应模型(EM)和稳态层流小火焰(SLF)模型.通过将两种不同燃烧模型的计算结果与TDLAS,CARS试验测量数据作对比验证,发现EM计算得到的温度更高,并与试验测量温度更符合,其中与CARS测量的误差小于6%.在试验验证的基础上,完成燃烧室在冷流状态(Case 1)下的计算,分析主燃区的气流组织和主燃孔射流对回流区的影响;利用EM计算分析燃烧室主燃区在全压状态(Case 3)下燃料分布、温度场、组分分布和性能参数,如燃烧室的燃烧效率为0.97、出口温度分布系数为0.312等,较为全面反映了燃烧室内气流流动换热和燃烧现象.