基于网络同步的航天器编队飞行姿态控制方法

航天器编队飞行需要协同控制系统进行统一的协调管理,以实现协同工作。文章将网络同步控制理论应用于航天器编队飞行姿态控制,以提高航天器编队飞行姿态控制的协同性。首先,采用修正的罗德里格斯参数描述航天器姿态动力学;然后,基于网络同步控制算法,设计航天器编队飞行的非线性姿态协同控制律;考虑成员航天器间姿态变化的差异,采用混合控制技术,设计航天器编队飞行混合控制策略。仿真结果验证了控制方法和控制律的有效性,并且相比单一反馈机制,混合控制具有更好的控制品质。     

载人航天器压力应急环境着火危险性试验研究

载人航天器在压力应急环境下处于低压高浓度氧环境。为了分析该环境下载人航天器在太空中飞行以及地面模拟试验中的着火危险性,研制了低压高浓度氧环境着火试验装置,并进行了燃烧试验。对载人航天器压力应急环境下材料的燃烧速度和点火能量等因素进行分析研究,得到了压力应急工况的材料着火和燃烧的规律,并给出了火灾防范的建议。     

基于四孔压力探针技术的涡轮转子出口流场测量

利用位移机构移动四孔压力探针,对小展弦比涡轮转子出口不同试验状态下的流场进行了测量.试验前对四孔压力探针进行了标定,试验中利用同步锁相技术进行数据采集,采用等相位平均法进行数据处理,再通过插值算法对探针压力数据做进一步处理,准确得到了转子出口具有周期特性的马赫数、偏转角、俯仰角、总压、静压、速度等流场参数.测量结果清楚表明:泄漏流区域的速度低,对应的相对总压小,损失大;间隙大时,泄漏流显著,导致气流亏转,对应的静压高,膨胀程度小于主流.     

燃烧多相流的介尺度动理学建模研究进展

基于求解Navier-Stokes方程组的传统计算流体力学已经在诸多领域取得了巨大的成功,但在航空、航天、微流控等领域也遇到了新的瓶颈与挑战。其原因分为2个方面：①物理建模层面的问题;②离散格式带来的数值精度和稳定性问题。微尺度燃烧等一系列燃烧新概念的研究表明,特征更加丰富但以前知之甚少的热力学非平衡行为蕴含着大量待开发的物理功能。物理模型合理和具备相应功能是数值仿真研究的前提;物理建模层面的问题无法通过数值精度的提高来解决。本文从物理建模与复杂物理场分析角度,介绍了非平衡燃烧系统离散玻尔兹曼建模方法（DBM）的研究进展。DBM是非平衡统计物理学粗粒化建模理论在流体力学领域的具体应用之一,是相空间描述方法在离散玻尔兹曼方程形式下的进一步发展。它选取一个视角,研究系统的一组动理学性质,因而要求描述这组性质的动理学矩在模型简化中保值;以该组动理学矩的独立分量为基,构建相空间,使用该相空间和其子空间来描述系统的非平衡行为特征;研究视角和建模精度随着研究推进而调整。借助DBM可以研究反应过程中不同自由度内能之间的不平衡和相互转换等Navier-Stokes模型无法模拟的动理学过程。在内爆和外爆过程中,几何汇聚与发散效应等效于一个"外场力",在球心处系统始终处于热力学平衡态;在冯·纽曼压强峰处,系统不是偏离平衡最远,而是在平衡态附近;在冯·纽曼峰后反应区以外,Chapmann-Jouguet理论值、Zeldovich-Neumann-Doering （ZND）理论值和DBM结果相互验证;在反应区内DBM结果与ZND结果一致;在冯·纽曼压强峰前的压缩阶段,DBM模拟结果在物理上更合理。在冲击压缩过程中,相对于其他自由度,压缩波所在自由度上的内能先增加,因而这一自由度上的内能总是朝着正向偏离其平衡态值,而横向自由度上的内能总是朝着逆向偏离其平衡态值。在二流体模型视角下,反应物和产物朝着相反的方向偏离热力学平衡态。     

基于改进遗传算法的航空集装箱装载问题研究

针对标准遗传算法求解装载方案时存在收敛速度慢、易早熟、寻优结果欠佳的问题,基于拟人装载策略,提出了一种以集装箱空间利用率最大为目标,考虑货物装载顺序、体积、质量、重心、不重叠等多种实际约束的改进遗传算法。首先,采用与货物放置状态相结合的实数编码,随机产生初始种群;然后,在常规选择操作中加入最优解保存策略,并将稳定性、支撑限制、重心约束考虑到进行线性尺度变换后的适应度函数中,以此来计算每种装载方案的评估值;最后,输出评估值最高的方案作为最优装载方案。实验采用异构性不同的测试算例进行性能测试,结合3组具体货物装载数据证明算法的普适性与实用性。结果表明:所提算法在求解强异构货物装载过程中具有较好的优化效果,适用于求解集装箱装载问题。与标准遗传算法相比,收敛性与搜索速度有所提高,2种不同箱型的集装箱空间利用率分别提高了3.82%和3.66%,运行时间分别缩短了7.9 s和5.58 s,能快速找到最优装载方案,可有效解决规则、不规则集装箱的货物装箱问题。基于MATLAB软件实现装载方案的可视化,为集装箱的实时装载决策提供了理论基础。      

基于CoppeliaSim的空间环境腔体式气动软体臂仿真

研究了一种用于腔体式气动软体臂在空间环境抓抱动作的运动学和动力学仿真技术。利用CoppeliaSim和Python通过API接口的方式联合仿真,在CoppeliaSim中将软体臂等效成多个铰接的刚体支段,建立软体臂与被抓抱物运动学和动力学模型。在Python中建立软体臂气动系统、容腔特性、关节运动、软体臂力学特性和控制系统的模型。仿真模拟了在空间环境下,软体臂抓抱目标物的实时工作状态和与动力学交互过程。结果表明,仿真曲线与实验基本一致,验证了仿真的正确性,为软体臂等方面的设计和仿真研究提供了新的思路。     

基于PWM的气动软体空间机械臂压力控制系统

针对气动软体空间机械臂的压力控制需求,提出了基于PWM的软体臂压力控制技术。设计了气动软体空间机械臂的气动系统结构,并建立了各部分的数学模型。根据开关阀和PWM控制的特性,提出了基于零位补偿和双阀同步脉宽调制(PWM)的软体臂压力控制系统结构,并阐述了各部分设计方法。利用Python建立了整个系统的仿真模型,并将仿真结果与实验结果进行了对比,对比结果表明,模型具有一定的准确性。对该压力控制系统进行了正弦跟踪实验,实验结果表明该系统可以进行低频跟随,能够满足气动软体空间机械臂的压力控制需求。     

密肋加强圆柱薄壳在轴压下的稳定性

本文首先讨论双向加肋壳, 线性理论应用的可能性。计算结果说明, 当肋比重较大时, 线性理论与实验结果估计可以相当一致。其次, 在线性理论的基础上,讨论了Теребущко所没有讨论过的,矩形格框和薄壁断面肋加强的情形。最后, 实例计算表明矩形格框比方形格框, 对减轻结构重量来说更为有利。     

火箭冲压发动机喷管的两相流动理论比冲——一种简单估算方法

本文导出了类似于火箭发动机的火箭冲压发动机喷管的两相流动理论比冲公式;从理论上证明:对这两类发动机的两相喷管流动特性可以通过一个共同的组合参数——当量排气速度来进行分析;介绍了一种变滞后两相流动比冲损失的简单估算方法;提出了一种处理奇点问题的近似解法。     

时间谱方法中的高效GMRES算法

研究了时间谱方法求解周期性非定常流场的计算效率,并对时间谱方法应用于周期性非定常流动的隐式求解方法进行探讨。当采样点数增加或减缩频率增大时,时间谱方法对应的雅可比矩阵对角占优性质迅速恶化,导致很多传统的迭代方法失效。为了解决上述问题,论文采用带预处理的广义极小残差(GMRES)算法来提高雅可比系数矩阵的计算收敛性。使用时间谱方法对NACA0012翼型强迫振荡算例进行计算,并与时域差分方法的计算效率和精度进行对比。研究表明在保证计算精度的同时,时间谱方法普遍可将计算效率提高一个量级左右。对于跨声速周期性流动,广义极小残差算法不论是稳定性还是收敛性都优于对称SGS迭代算法。