电动垂直起降飞行器的技术现状与发展

电池、电机技术的进步和分布式电推进系统的应用极大促进了电动垂直起降飞行器的发展。本文概述了不同电动垂直起降飞行器构型优缺点及适用场景,并从性能、经济性等方面对电动垂直起降飞行器与常规燃油飞行器进行了全面对比。在噪声特性方面,电动垂直起降飞行器旋翼间、旋翼-机翼等干扰噪声更为突出,而低桨尖速度、大实度的电推进旋翼系统极大降低了全机噪声水平（噪声降低约15 dB）。在能源方面,锂离子电池是当前和未来电动垂直起降飞行器的主要能源;先进的电池材料体系、电池-机体结构一体化设计及优良的电池管理系统是未来提升全机能量密度和能源安全的有效方式。电动垂直起降飞行器冗余操纵特点增加了飞控系统设计难度,但同时也能够提高全机安全性;故障重构与协同控制是飞控系统设计面临的新课题。电动垂直起降飞行器不仅构型种类丰富且具有高压电动力、电推进、电传飞控、电作动等新颖设计特征,当前缺少试飞数据的情况下,基于系统的工程方法是开展其安全性设计的主要方法。     

洛克希德·马丁公司获LRASM合同

洛克希德.马丁公司获得了美国国防高级研究计划局的一份远程反舰导弹（LRASM）项目演示验证阶段的合同,总价值2.18亿美元。该项目包括2种亚声速LRASM导弹的研发：隐身空射型的LRASM-A和高速舰射型的LRASM-B,两种方案均能够同时支持空射和垂直发射。     

双层乳胶气球的高空平漂机理及垂直轨迹模拟

双层乳胶气球克服了单层乳胶气球的缺点,可以在高空平漂以实现持续气象观测,但是其高空平漂受多因素影响比较复杂,特别是气球充气量主要依赖工程经验,施放成功率不高,亟需提供理论指导。通过试验数据证明了浮重平衡是双层乳胶气球实现高空平漂的必要条件,推导得出内、外球氢气充气量和昼夜温度变化对其运动的影响;建立了双层乳胶气球的几何模型和动力学模型,结合实地施放试验,对其升空和平漂过程轨迹进行模拟,由此探究了内、外球充气量对平漂高度的影响。研究结果表明:内球充气量是决定平漂高度的主要因素,并受昼夜温度变化影响,当内、外球规格分别为750g、500g,负载约1kg时,内球拉力每增大或减小0.04kg,最终平漂高度将对应升高或降低约5km,而外球充气量对其平漂高度无影响。      

利用视加速度补偿和推力逐级释放的垂直着陆制导方法

针对运载火箭子级垂直返回着陆段的制导问题,本文在应用凸优化的滚动时域在线规划基础上研究了制导鲁棒性的改善策略。为应对着陆后期控制能力不足的情况,在滚动规划过程中引入了推力上界逐级释放的策略。同时,考虑缓解干扰和误差累积的影响,在制导周期内引入视加速度信息对在线规划的推力指令进行补偿,以进一步改善滚动规划的递归可行性。最后,通过数值算例仿真及对比分析验证所提出的补偿策略的有效性。     

基于SIP的Ka频段高集成度有源相控阵天线设计

卫星有效载荷系统逐渐开始采用相控阵天线作为收发装置,由于卫星的体积和重量受限,星载相控阵天线必须朝小型化、轻量化方向发展。传统砖块式架构的ka频段64元相控阵天线的剖面高度约60~80mm,重量约2kg。近年来,研究人员从设计、工艺和加工等不同方向探索和研究了瓦片式的相控阵天线,期望能从设计和加工方法上减小相控阵天线体积和重量,从设计方法入手,研究了一种基于系统集成封装技术的有源相控阵天线,该天线的辐射单元材料采用微带介质板,相较于其它形式的辐射单元具有更低的剖面高度,微波射频电路被封装到低温共烧陶瓷基板内部,射频走线与辐射单元平行布局,通过高集成化设计将微波电路和天线辐射单元进行一体化组装,与传统砖块式架构的相控阵天线相比,在具有相同辐射口径的前提下,设计的天线剖面高度缩减到30mm,重量减小到1kg,工作在Ka频段,波束扫描宽度达到±60°。满足了减小相控阵天线体积和重量的要求。     

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。     

基于全驱系统方法的组合航天器位姿自适应预设性能控制

针对非合作航天器被成功捕获后所形成的组合航天器的位姿控制任务,考虑系统中含有的未知扰动的影响,设计了一种基于全驱系统方法的自适应预设性能控制器。根据欧拉姿态动力学方程和轨道动力学方程,建立了简洁的组合航天器位姿动力学方程;通过引入预设性能函数,对组合航天器位姿误差的瞬态和稳态性能进行约束;进一步应用全驱系统方法,对带有未知扰动的组合航天器位姿误差系统设计自适应预设性能控制器;此外,通过构造Lyapunov函数证明了所提出的控制器的稳定性;最后,数值仿真结果和半物理仿真实验结果表明,在所设计的控制器作用下,组合航天器能够实现精确的位姿控制,同时系统的状态误差始终收敛于预设性能包络内,验证了所设计控制器的有效性和实用性。     

飞机前轮随滑行速度限偏的分析研究

飞机在起飞降落阶段前轮偏度过大会发生侧翻,应根据滑跑速度合理限制前轮的偏度。基于侧翻现象发生的原理,通过分析起飞降落阶段前轮偏转时飞机相对侧翻轴的合力矩,得到前轮极限滚动方向偏度;建立前轮滚动方向偏度和偏转角度的关系,计算起飞降落状态下各速度的前轮限偏角度以及考虑飞机螺旋桨不对称滑流的前轮中立位,得到前轮的偏转范围。结果表明：计算得到的前轮限偏范围符合前轮限偏的一般特性,能够防止侧翻的同时最大保留前轮纠偏能力。     

管道喷涂机器人:结构与位姿调整

针对工业上大型管道内壁喷涂的需求,设计了用于喷涂管道的机器人,该机器人采用串并联结构形式,由支撑平台和串联机械手组成.支撑平台采用几何的方法建立数学模型,串联机械手采用D-H参数法建模;并在数学模型基础上给出了逆解方程.位姿调整时,对机器人进行初定位,利用激光跟踪仪测量出管道和机器人的位姿,求解出调整量,对机器人进行位姿调整,使喷枪旋转轴和管道轴线重合.管道喷涂机器人在工厂进行试验测试,测试结果表明该装备可以很好地实现管道的喷涂,提高喷涂质量和效率.      

垂直起降运载火箭返回轨迹不确定性优化

针对垂直起降运载火箭一子级在返回着陆的过程中存在的参数不确定性,提出了一种基于非侵入式多项式混沌展开的序列优化和可靠度评估的返回轨迹不确定性优化方法。首先,建立了返回多飞行段轨迹在确定性条件下的优化模型。然后,为同时兼顾轨迹的鲁棒性和可靠性,建立了由鲁棒最优目标函数、基于可靠度的路径约束和鲁棒等式约束组成的不确定性返回轨迹优化模型。最后,基于非侵入式多项式混沌展开方法对鲁棒目标函数和等式约束进行量化处理,将原随机鲁棒优化问题转化为高维状态空间中的等价确定性优化问题;为提高路径约束的可靠度评估效率,基于非侵入式多项式混沌展开方法对最可能点法进行改进,进一步发展了序列优化和可靠度评估策略。数值仿真结果表明,所提出的不确定性优化方法具有较好的鲁棒性,可以满足工程可靠性指标要求,同时还具有较高的精度和计算效率。