基于位姿可达空间的太空机械臂容错路径规划

为了使太空机械臂在关节锁定故障后仍能继续完成后续任务,提出一种基于位姿可达空间的太空机械臂容错路径规划方法。基于牛顿-拉夫逊法计算太空机械臂关节人为限位,完成满足任务需求的退化工作空间求解,通过构造姿态可达度指标,在退化工作空间的基础上建立故障机械臂基坐标系下的位姿可达空间。通过在代价函数中增加最小奇异值代价项改进传统A^*算法,基于改进A^*算法在所建立的位姿可达空间内完成太空机械臂容错路径规划。所提方法综合了位姿可达空间与改进A^*算法各自的优势,实现了关节锁定故障太空机械臂同时满足避奇异与位姿可达要求的轨迹搜索。通过建立7自由度太空机械臂运动学模型开展数值仿真研究,仿真结果验证了所提容错路径规划方法的有效性。     

太空环境下电子束原位制造技术

美国国家航空航天局（NASA）载人探索计划的提出给载人登月和载人火星等带来了机会和风险,NASA的工程师和科学家正在开展在月球或火星表面利用当地提炼的材料进行原位制造工艺技术的研究。首先,介绍了太空原位制造和修复（ISFR）技术的概念和特点,结合该技术的发展背景,介绍了电子束原位制造技术的概念、特点以及在太空环境下应用的优势和潜力。然后,根据所用原材料和成形工艺原理的不同,电子束原位制造技术又分为电子束熔融（EBM）和电子束自由成形制造（EBF³）技术两个分支,分别介绍了这两个分支技术的概念、原理、特点以及采用该技术研制出的零件的性能,结合硬件设备的情况介绍了在太空环境下应用的适用性,同时也详细介绍了NASA利用兰利研究中心的C-9抛物线飞行试验系统进行电子束原位制造微重力试验的研究成果、试验数据和未来的发展趋势。最后,结合中国未来空间事业发展的需要,提出了关于发展太空环境下电子束原位制造技术的设想与建议。     

低速大转矩电机冷却系统数值计算

在低速大转矩电机系列设计中,考虑到机座的通用性和外形尺寸的规范性,采用了轴向水路的水冷机座结构。通过对电机冷却系统的流体场计算,得到了电机的散热情况,耦合温度场计算,得到了电机冷却水和机座的温升,并通过对机座的模态分析得到了电机的固有振动频率。     

网络图中边集束优化问题

网络规模增大和复杂度提高造成的节点遮挡覆盖和边交叉阻塞等问题成为网络可视化研究的热点.针对网络中出现的视觉凌乱问题,以空间位置和群组关系为出发点,从网络中独立的边和群组两个层次,以边汇合的角度研究边集束技术,将网络中临近的边集聚成束以降低视觉复杂度,提出和改进了分段力导引算法(FDA)简化模型和群组边相容的网络图边集束模型.其中分段集束模型,提出以二次样条曲线表示网络边,通过样条控制点进行迭代汇聚的方法,实现了网络中边的集束;针对分段集束模型中部分连线过度弯曲问题,提出通过CNM聚类算法将网络进行群组划分,在群组结构的基础上对组内连线应用边相容原则,根据连线的匹配系数计算其集束程度的方法,网络图集束后曲线扭曲变形减少,曲线过渡更加平滑.选取国内航空网络作为案例,通过两种边集束模型进行网络图简化,分析结果表明,国内机场的群组结构具有地理属性的相近性,航空网络在整体上呈现出明显的十字脉络,东西走向和南北走向的航线分别汇聚集结成束,表现了航空网络建设在南北和东西方向的总体趋势.本集束简化算法适用性广,绘制的网络图具有良好的视觉效果和可读性.      

星地动态双向时间同步与测距算法

针对卫星运动对星地距离和钟差测量的不利影响,提出一种基于最小二乘拟合的星地动态双向时间同步与测距算法。在建立星地可视模型基础上,仿真了MEO运动卫星与地面时间同步站之间星地距离的变化规律,分析了卫星运动对星地双向时间同步与测距的主要不利影响。该算法首先利用星地双向时间同步数据分别生成星地距离和钟差拟合多项式,然后联合求解出运动卫星误差最小的星地距离与钟差。实验结果表明了该算法的合理性和科学性,在包含仿真误差的条件下,其时间同步精度优于3ns,测距精度优于3m。将其应用到各种空天应用系统的星地时间同步与测距中,可以消除卫星运动对双向时间同步与测距的不利影响,提高时间同步与测距精度。     

采用改进非支配近邻免疫算法的低轨混合星座设计优化

针对低轨同构星座覆盖资源在纬度上分布不均匀的不足,提出采用低轨混合星座提升覆盖均匀性的设计方案,并推导了满足全球任意点平均每天覆盖一定次数的最小卫星规模估算公式。针对非支配近邻免疫算法（NNIA）约束处理方面的不足,提出基于约束支配的改进非支配近邻免疫算法（Modified NNIA）,并以此设计了一种低轨混合星座优化平台来优化带约束的星座设计问题。仿真结果表明,改进的NNIA算法在收敛速度和多样性上均优于非支配分层遗传算法（NSGA II）和多目标粒子群算法（MOPSO）,可大大提高星座设计的效率。同时优化结果也表明低轨混合星座可提高覆盖的均匀性和大部分区域的覆盖次数,进而减少特定覆盖要求所需的卫星数目。     

玉树地震前的电离层异常现象分析

分析了玉树地震前地基电离层探测临界频率、GPS TEC和卫星探测原位等离子体参量等多个参数的扰动变化信息, 研究了不同高度异常变化的时空关联性. 分析发现, 在地震前一天的4月13日, 多个电离层参量出现同步扰动异常, 电离层临界频率f₀F₂异常相对滑动中值增大40%, 异常空间上存在从震中东南向西南漂移的特性; GPS TEC异常增强15TECU (1TECU=1016m-2)左右, 分布于震中南部经度15°范围内, 且有明显的磁共轭效应; DEMETER观测的原位氧离子密度N_i(O+) 4月13日为1-4月中最强的一天, 异常分布偏向赤道区, 但仅局限在30°-50°左右的经度范围内. 综合三个参量的异常特征发现, 无论是空间的局地性还是时间上的密切关联均反映这次电离层扰动可能与玉树地震孕育有关. 结合其他观测信息, 进一步探讨了这次地震孕育过程的地震电离层耦合机理.      

Numerical investigation of the impact of asymmetric fuel injection on shock train characteristics

Numerical simulations are carried out to investigate the impact of asymmetric fuel injection on shock train characteristics using the commercial-code FLUENT. The asymmetry of fuel injection is examined by changing the fuel flow rates of the upper and lower wall fuel injectors. The numerical approach solves the two-dimensional Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equations, supplemented with a k-ω model of turbulence. As a result, different ways of fuel injections will always lead to shock train transitions, with the variations of shock train structure, strength and leading edge position. For symmetric fuel injection, the flowfield of the isolator is quite asymmetric with the boundary layer of the upper wall side developing much stronger than that of the lower wall, which is due to the heterogeneity of the incoming flow. Regarding to asymmetric fuel injection with more of lower wall side, though the pressures in the combustor are nearly the same, the first shock of the shock train converts between ‘Distinct symmetric X type shock’ and ‘Obscure and weaker asymmetric shock’ and the shock train leading edge moves upstream with the increase of the asymmetry level. With regard to asymmetric fuel injection with more of upper wall side, ‘incomplete asymmetric X type shock’ occurs and the shock train structures keep nearly the same with low level of fuel injection asymmetry. Unexpected results like unstart will happen when increasing the level of fuel injection asymmetry. And the isolator will come back to normal state by decreasing the differential of upper and lower wall sides fuel injections.     

Experimental study of a flush wall scramjet combustor equipped with strut/wall fuel injection

In this study a flush wall scramjet combustor is tested in a supersonic incoming air flow with the Mach number of 3 which is generated by an air vitiation heater producing the stagnation temperature of 1505 K. Using liquid kerosene as the fuel, the flame is stabilized by means of a centrally mounted O₂ pilot strut after being ignited by a plasma torch. During experimental measurements, the fuel is injected with a constant equivalence ratio of 0.8 according to specified strut/wall injection ratios, i.e., a portion of the fuel amount is injected from the strut while the rest is injected from the wall. The strut and wall injectors are arranged at the same axial position. The combustion performance and wall temperature gradients are evaluated with various fuel feeding ratios between the wall and the strut. Experimental results show, when the equivalence ratio is constant and the axial injection position is fixed, the combustion characteristics vary significantly with the strut/wall fuel feeding ratio, especially when this ratio is close to its lowest and highest limits. Among the four fuel feeding ratios examined, the strut only injection mode and the average distributed strut/wall injection mode show the best combustion performance. However, the strut/wall injection mode produces a smaller wall temperature gradient compared to the strut only injection mode, which is due to the significant film cooling effect caused by the wall injected liquid kerosene.     

基于光照模糊相似融合不变矩的航天器目标识别

针对航天器目标识别中现有的光照变化和图像模糊条件下几何仿射不变矩识别不稳健问题,根据灰度光照模型,结合图像模糊和不变矩的基本理论,提出了一种光照模糊不变量,与几何仿射不变矩进行融合,构建出一种新的光照模糊相似融合（CIBA）不变矩,并从理论上证明了光照、模糊和相似变换（平移、缩放和旋转）不变性。对3种不同的航天器目标的识别实验表明,光照模糊相似融合不变矩在最小距离分类器中的识别准确率达到了86.37%,比几何仿射不变矩提高了94.00%,比具有光照不变性的几何仿射不变矩提高了24.54%,有效地解决了对不同位姿、不同光照模糊条件下的航天器目标识别问题,提高了基于矩的目标识别鲁棒性。