中国深空探测任务轨道控制技术综述

深空探测作为人类航天活动的重要方向,是人类探索宇宙奥秘和寻求长久发展的必然途径,也是衡量一个国家综合国力和科学技术发展水平的重要标志。深空探测轨道控制技术作为决定深空探测任务成败的关键技术之一,越来越多地受到关注并得到应用,成为各国深空探测技术研究和发展的热点。以我国探月工程各次任务为脉络,简述了历次任务轨道控制的目标和实施效果,总结了主要技术创新,在此基础上,展望了我国未来深空探测轨道控制的发展趋势。     

火星车双向抽展式转移坡道展开原理及特性分析

我国首次火星探测任务将于2020年实施,一步实现"绕""着""巡"的目标。着陆器在火星表面软着陆后,火星车能否沿转移坡道安全转移至火星表面,关系着本次任务的成败。从火星车转移坡道功能要求出发,提出了一种双向抽展式转移坡道方案,解决了大展出比、驱动共用、可靠展开等关键问题,对其展开原理及力学特性进行分析,并开展了模拟火星重力环境的展开试验,为我国火星车转移坡道设计提供参考。     

PET/N100粘合剂体系固化过程FTIR研究(Ⅰ)--TIR曲线

采用了加热原位池／FTIR联用技术实时跟踪N100和环氧乙彬四氢呋喃共聚醚（PET）固化反应过程的方法,获得了固化度与温度的关系（TIR）曲线,研究了添加物及升温速率对固化体系的影响,发现催化刺对固化反应有明显的力口速作用,增塑荆的加入,使得固化反应的起始温度增加,终止温度降低,这些结果为固化TIR动力学的进一步研究提供了基本数据。     

空间碎片材料检测技术研究

为了对空间碎片材料的成分进行快速检测,分析了空间碎片的来源和构成,并对空间碎片主要成分的国内外检测技术手段进行了详细对比,采用了一种基于LIBS的网络化空间碎片检测方案。该方案具有分析速度快、测量精度和灵敏度高、可多元素同时测量、空间适应性好且无需样品预处理等特点,同时可实现检测流程全自动化和多线程化。     

无速度反馈的航天器姿轨耦合跟踪控制

提出了一种无速度反馈的航天器姿轨耦合跟踪控制算法。首先建立起基于对偶四元数的带扰动和参数不确定性的航天器姿轨耦合动力学模型。然后基于浸入与不变流形理论设计了速度观测器,通过增益注入对非线性项抑制,从而同时估计角速度和线速度。利用李雅普诺夫函数分析了观测器状态量的收敛性以及注入增益的有界性,证明了该观测器的指数稳定性。最后设计了一个比例-微分（PD）位置与姿态跟踪控制器,该控制器可以实现航天器的任意姿态与位置跟踪,分析了这种观测-控制结构的闭环系统渐近稳定性。仿真验证了该速度观测器和控制器的有效性以及对于参数不确定性和测量噪声具有较好的鲁棒性。     

基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无电流传感器预测控制

针对永磁同步电机(PMSM)因过电压、过电流及误操作等容易造成电流传感器故障,影响PMSM的控制精度的问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波的PMSM无电流传感器预测控制算法。对于PMSM,通常需要两个电流传感器来采集定子电流信息,所提方法通过扩展卡尔曼滤波估计定子电流代替电流传感器。通过基于扩展卡尔曼滤波的PMSM无电流传感器预测控制算法与常规有电流传感器在线变速和变载仿真对比得到,所提方法具有和有电流传感器相同的控制性能。参数鲁棒性仿真表明,所提方法具有较强的参数鲁棒性,能够满足实际控制需要。     

基于共轭换热的涡轮转子热环境预测方法研究

为了开发适用于发动机方案设计阶段的涡轮转子热环境预测方法,开发获得了一种快速而准确的稳态热环境预测算法。算法求解二维和三维导热方程来计算固体导热,用二维边界层算法计算叶身燃气边界条件,用一维流体网络法计算空气系统流量。使用该算法对某型涡扇发动机高压涡轮转子进行了温度场计算,并与试验结果进行了对比,温度误差约为30~40K。对燃气边界和冷气边界分别对比了共轭换热计算和非共轭换热计算模式下结果的差异,温度差值在120K左右,流量相对差值在10%左右。结论表明:对于空气系统边界,共轭模型显著影响计算精度;而对于主流边界,就本文研究的非冷却叶片而言,是否采用共轭模型对温度场预测影响很小。     

基于等效等时应力应变曲线的金属材料多工况蠕变分析

为了在工程设计阶段评估涡轮叶片在多工况下的蠕变变形,基于单工况的等时应力应变曲线,提出了一种等效等时应力应变曲线的方法,并与发动机持久试车实例进行了分析比较。结果表明:基于等效等时应力应变曲线方法所计算的涡轮叶片卸载后的残余变形与发动机持久试车结果的相对误差的平均值为15.30%,而通常所采用的基于二维梁理论和基于时间步的三维有限元分析方法所计算的相对误差的平均值分别为45.35%,31.14%,表明该种方法具有较好的工程应用性。     

临近空间浮空器区域驻留控制策略研究

为了实现临近空间浮空器区域驻留飞行,基于对热环境的分析,建立了带有副气囊高空气球的空气动力学与热力学耦合动力学模型。基于准零风层特殊风场,设计了临近空间浮空器区域驻留飞行控制策略,通过副气囊调节飞行高度,利用准零风层上下纬向风方向相反的特点实现东西方向控制,用螺旋桨控制实现南北方向控制,并利用ECMWF风场数据进行了数值仿真。仿真结果表明,临近空间浮空器可以在纬度41°(N)~43°(N),经度86.5°(E)~87.1°(E)之间的区域范围内飞行7天,证明了利用准零风层风场实现临近空间浮空器区域驻留飞行的可行性。     

基于K-V阻尼模型的铁木辛柯梁振动响应分析

基于铁木辛柯梁理论,对两端固支梁在承受阶跃载荷和移动载荷下的响应进行了分析。借助K-V阻尼模型,研究了阻尼对系统动态性能的影响。为了进行理论求解,推导了比例阻尼的使用条件,继而运用实模态叠加法理论,最终导出了系统受载时响应的解析解。数值分析结果表明,该方法准确可靠,为其他数值算法,如拉普拉斯变换法,提供了横向对比的依据。有阻尼振动的分析表明系统在高阶模态具有过临界阻尼特性,在低阶模态为收敛振荡特性。阻尼对系统的响应有很大影响,尤其在大长细比时,甚至出现了振幅增大的情形。此外,在阶跃载荷的作用下,系统均呈现出了低频模态为主的响应特性。