基于Gauss伪谱法的临近空间飞行器上升段轨迹优化

综合考虑密度变化、声速变化、发动机推力变化及地球引力等因素对飞行轨迹的影响,研究了与实际飞行环境更加相符的临近空间飞行器燃料最优爬升轨迹。针对该问题在气动数据处理和优化求解上存在的困难,提出一种基于Gauss伪谱法(Gauss Pseudospectral Method,GPM)的求解策略。首先,依据气动数据特点,设计拟合模型对气动参数进行高精度拟合;其次,为避免间接法和传统直接法的缺点,将Gauss伪谱法和序贯二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)相结合,对存在边值及加速度约束的轨迹优化问题进行求解,获得最优飞行轨迹。仿真结果表明,在更为真实的飞行环境下,利用GPM和SQP相结合的方法可在5.83s获得一条精度为10-4～10-6左右的飞行轨迹。     

复杂结构件工序模型自动构建技术研究

工序模型动态集成了航天产品及其零部件的设计、工艺、制造等信息,工序模型构建是航天制造领域三维工艺设计的关键内容,可为控制航天器制造工艺状态、提高加工质量提供使能工具。首先,介绍了正向和逆向两类建模方法的技术原理与特点,将主要建模方法分为特征法、工艺信息法两类;其次,深入分析了切削体造型等不同技术方法的原理与特点;最后,总结了该技术的关键问题并展望其发展方向。本文可为今后航天结构件工序模型自动构建技术的研究提供理论指导与支持。     

基于Copula函数的铣削力、振动与表面粗糙度的相关性分析

探求切削力、振动和表面粗糙度之间的相互关系,对实现表面粗糙度的预测预报具有重要意义。以MQL铣削45钢为试验对象,进行了切削速度v、每齿进给量f_z、切削深度a_p的三因素四水平的64组切削试验,在线测量主切削力、轴向力和径向力及振动,对切削分力数据处理得到相应的平均值、标准差和均方根值,同时离线测量出二维粗糙度R_a、三维粗糙度平均值S_a和均方根值S_q。采用正态分布、指数分布、Gamma分布、Weibull分布和Cauchy分布等函数拟合,根据AIC准则确定出最优分布函数,采用极大似然法估计出未知参数。使用Gaussian Copula、t-Copula、Frank Copula、Gumbel Copula、Clayton Copula等Copula函数拟合铣削力、振动和粗糙度之间相关结构形式,采用AIC准则优选出最优Copula函数,并确定出参量。利用最优Copula函数导出的Kendall秩相关系数τ作为评价指标,分析比较了铣削力、振动与表面粗糙度的整体相关性。采用混合Copula函数对铣削力、振动与表面粗糙度的尾部相关性进行了分析。     

基于二代小波的轨迹优化节点自适应加密

针对采用直接法求解轨迹优化问题中精度和效率之间的矛盾,提出了基于二代小波轨迹优化节点自适应加密.采用RK(Runge-Kutta)离散方法将原轨迹优化问题转化为非线性规划问题,并采用成熟的非线性规划算法求解.对控制或状态函数进行小波变换得到小波系数,基于小波系数和二分节点的对应关系,根据小波系数的幅值确定下一个迭代步所使用的节点并进行序列优化.算例结果表明:通过设置合适的小波系数阀值,采用较少的时间离散节点即可使优化结果达到预定的精度.与高斯伪谱法软件相比,节点个数大约减少10%,最优指标的精度大约提高1个数量级.      

带配平翼月球返回舱跳跃再入轨迹优化设计

为解决小升阻比月球返回舱再入大气层时安全性低、机动能力差的问题,提出采用一种带配平翼的中等升阻比返回舱做为月球采样返回舱,并对动压约束下轨迹优化问题进行了分析。首先介绍了一阶状态变量约束最优控制问题。然后采用庞德里亚金极大值原理以总吸热量最小为优化目标,对动压约束下再入轨道的初始再入段进行了优化设计,给出了升力系数的最优表达式。仿真研究表明,该方法能有效地降低返回舱再入过程中的动压。
     

基于间接法的上升段轨迹优化方法研究

固体火箭上升段轨迹优化设计具有重要的工程意义.针对此问题,提出了一种求解上升段最优轨迹的可行方法.在零侧滑角假设下构建飞行器模型,以推力方向为最优控制量,根据极小值原理推导一阶最优条件.采用间接法,将真空条件下上升段最优轨迹的解作为初值,以状态响应方程构造一种迭代的方法,最后在满足攻角过程约束下,通过同伦算法获得真实大气环境下的最优轨迹.仿真结果表明,该优化算法能够稳定收敛,具有良好的鲁棒性.     

捕获轨迹系统并联机构地面标定方法

捕获轨迹系统（CTS）是一种先进的预测外挂物投放轨迹的试验系统,普遍采用六自由度（6-DoF）串联机构作为其运动机构,串联机构因惯性力大和关节累积误差大使其定位精准度不足。相比串联机构,并联机构具有惯性力小和关节误差不累积等优点。采用6-PTRT并联机构作为CTS试验系统的六自由度运动机构,在空间受限的风洞环境中对CTS并联机构进行地面标定：提出动平台位姿的测量和计算方法,建立包含直线驱动平台安装夹角修正的标定模型,并基于非线性最小二乘法辨识结构参数。辨识后CTS并联机构的位移定位准度优于0.1 mm,姿态定位准度优于0.05°,最后以CTS并联机构和常规攻角机构进行8#标模的对比风洞试验。风洞试验结果表明,CTS并联机构的风载定位准度满足测力试验精准度要求。     

搅拌摩擦加工制备FeCoNiCrMn高熵合金增强铝基复合材料的组织与力学性能研究（英文）

采用多道搅拌摩擦加工（Friction stir processing, FSP）工艺将高熵合金（High entropy alloy, HEA）颗粒分散到2024铝合金基体中,制备了HEA/Al复合材料。研究了搅拌摩擦加工道次对复合材料宏观形貌、微观结构和力学性能的影响。显微组织观察表明,增加搅拌摩擦加工道次有助于高熵合金颗粒的均匀分布和晶粒细化。力学性能测试结果表明,随着搅拌摩擦加工道次的增加,搅拌摩擦加工制备复合材料的显微硬度值显著提高,分布更加均匀,强度和塑性也有所提高。五道次搅拌摩擦加工所制备复合材料的显微硬度、强度和塑性分别达到138 HV、597 MPa和5.1%。     

面向机器人原位加工的大型飞船舱体变位姿态优化方法（英文）

在利用机器人实施大型飞船舱体的原位加工时,对舱体旋转变位次数与机器人整体加工性能的关注引入了一双目标优化问题。本文基于机器人刚度特性和非支配排序遗传算法,提出了一种舱体变位方案优化方法。首先,设计了以机器人笛卡尔刚度为基础的特征加工质量评价指标,并建立了原位加工过程模型。其次,为应用非支配排序遗传算法,提出了一种加工过程的双染色体编码方法及相应的交叉变异算子。此外,通过修复算子处理频繁出现的非法编码,保证了算法的寻优效率。仿真及实验研究的结果表明,适当增加舱体变位次数能够有效提升机器人的加工性能,并在工质量和时间成本上实现综合优化。     

石墨烯基光热除冰表面的激光制备（英文）

重要设备,如飞机机翼、风力涡轮机、太阳能电池板等结冰会引起空气动力学形状变化和重要部件变形,严重威胁运行安全。然而,制造柔性、共形的光热除冰表面仍然具有挑战性。本文采用激光直写技术,设计并制备了多孔疏水的激光诱导石墨烯（Laser induced grapheme, LIG）基光热抗霜除冰表面。采用激光照射聚酰亚胺（Polyimide, PI）薄膜制备LIG薄膜。激光照射后,LIG薄膜呈现多孔结构和高C/O比。由于多孔结构和高C/O比的存在,LIG膜具有疏水性（CA,～123.2°）、高吸收率和良好的光热转化率,因此,LIG薄膜具有光热抗霜除冰能力。本文工作显示了开发柔性、共形的光热抗霜/除冰表面的巨大潜力。