NS方程激波计算的摄动有限差分方法

摄动有限差分(PFD)方法从一阶迎风差分格式出发,将差分系数展开为网格步长的幂级数,通过提高修正微分方程的逼近精度来获得更高精度的差分格式。由于格式基于一阶迎风格式,因此具有迎风效应、网格节点少等特点。本文首先通过对Burgers方程的摄动差分格式的推导,将摄动有限差分格式引入时间相关法的计算,并构造了守恒形式的摄动有限差分格式,然后推广到一维Navier-Stokes方程组的计算。数值比较研究表明:本文构造的NS方程摄动有限差分格式具有比一阶迎风较高的精度和分辨率,而且保持了一阶迎风格式的无振荡性质。     

小Knudsen数稀薄气体绕流流场分析

本文从Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方程５矩和１３矩方程出发，应用三层模型分析了滑流国稀薄气体绕流流场的性态，提出了一个计算这种流场的完整模型。理论分析表明，摩阻系数的小Ｋｕｎｄｓｅｎ数效应是高除小量，可忽略不计；但必须考虑热传导系数的小Ｋｎｕｄｓｅｎ数效应。基于奇异摄动法分析，数值求解了绕二维平板流动流场，壁面摩阻系数和热流率的计算结果与现有的实验和理论结果相一致。     

组合压气机旋转失速特征的小波分析

采用高频响动态压力探针测量了小流量轴流/离心组合压气机的旋转失速和喘振,并采用基于Morlet小波时频分析和小波系数奇异分解的方法分析了压气机失速信号.研究结果表明:稳定工况下,频率分量较多、幅值较小.失速工况下,特征频率能量较大、且成倍频关系.在该组合压气机的失稳过程中,并没有引起大幅度的压力脉动.压气机光滑地从失速前出现的模态波过渡到完全失速.周向存在2个失速团,失速团传播速度约为44.8%~45.9%转速.      

基于流固耦合的固体推进剂药柱裂纹稳定性分析

含有裂纹缺陷的固体推进剂药柱会严重影响固体火箭发动机的工作性能,甚至带来严重的后果。采用流固耦合计算方法将流场压强信息传递至固体域,为固体域的受力计算提供边界条件。通过对裂纹类型缺陷进行J积分计算,分析J积分值的变化情况,得出影响缺陷发生扩展的因素。以往的研究表明,裂纹区域J积分值越大,裂纹的稳定性也越差。基于此,分析结果表明：裂纹的尺寸对腔内的燃气分布规律有显著的影响,裂纹深度的增加及宽度的减小均会引起裂纹内部燃气压强的升高,裂纹腔内压强越高,越容易导致裂纹发生扩展;裂纹深度的增大以及发动机点火升压速率提高,均会造成裂纹区域J积分值的增加,从而易使裂纹发生扩展;横向裂纹较纵向裂纹J积分值较大,在同等情况下更容易发生拓展;同时,裂纹越靠近药柱后部,受到壳体的约束越弱,导致裂纹尖端J积分值的增大,越容易发生拓展。     

飞行高度摄动的鲁棒颤振计算方法

提出了一种以飞行高度作为摄动变量,利用结构奇异值理论来进行鲁棒颤振计算的方法。将标准大气模型中的高度与大气密度,高度与声速的关系拟合成为多项式表示的函数关系,从而将动压和飞行速度表示成飞行高度的函数,使得系统以飞行高度为惟一的摄动变量。然后利用线性分式变换考虑了广义刚度和广义阻尼的不确定性,建立整个系统完整的状态空间模型,使用结构奇异值理论计算颤振裕度。该方法适用于固定马赫数的飞行颤振试验和飞行包线扩展。     

具有SGCMG系统的挠性卫星姿态机动控制及验证

针对挠性卫星在轨姿态快速机动的需求，开展了星体姿态机动控制方法及控制实现研究。基于建立的挠性卫星姿态跟踪控制误差方程，给出了PD控制与补偿控制相结合的姿态跟踪控制器形式；考虑系统实现的时延影响，利用经典频率分析方法选择了兼顾系统稳定性及宽带控制的控制参数；在控制具体实现中，采用一种新型的基于力矩矢量调节奇异规避操纵策略，克服常规鲁棒奇异规避操纵存在的框架“锁死”现象，在解决奇异规避的同时避免激发挠性振动。所提出方法的有效性通过了在轨验证。     

基于受摄轨道模型的小卫星轨道摄动分析研究

小卫星在实际运行中受到多种摄动力的作用,这会对其轨道造成不同程度的影响,因此在小卫星的轨道设计与控制中,摄动是必须考虑的重要因素。本文以500km高的小卫星太阳同步轨道为研究对象,运用轨道摄动的基本理论,估计了地球非球形引力、大气阻力、太阳光压及第三体引力的量级并进行比较;建立小卫星轨道摄动分析模型,并在此模型的基础上,利用计算机仿真技术,对小卫星轨道摄动问题展开仿真研究,验证了几种主要摄动力的量级估计的结果,分析比较了几种主要摄动力对小卫星运行轨道的影响程度及规律,本文结果对小卫星轨道设计与控制具有很好的参考价值。     

天问一号环绕器中继轨道受摄共振特性分析

“天问一号”环绕器在环火中继轨道为“祝融”火星车提供中继服务时,星下点出现了过着陆点纬度时的经度先增大再减小的特殊漂移现象,需要对该现象产生的原因进行深入分析。基于摄动理论设计了一系列数值实验,提出了一种星下点过指定纬度时经度的简化计算方法;并结合对田谐项引力场位函数的解析推导发现,由于中继轨道周期与火星自转周期比接近1:3,导致3阶3次田谐项产生了轨道共振,从而使得半长轴长周期运动有着较为显著的振荡,进而与带谐项摄动联合导致了该特殊现象。研究揭示了“天问一号”环绕器的轨道共振现象,发现了高阶田谐项对非同步轨道上的环火卫星仍能产生较为明显的轨道共振现象。研究结果可为后续火星环绕探测任务轨道设计提供重要参考。     

近圆太阳同步卫星轨道倾角偏差的影响和调整

以某近圆太阳同步轨道卫星为例,分析了倾角偏差引起的降交点地方时的漂移规律及影响。为将降交点地方时漂移限制在允许的范围内,给出了轨道倾角调整方案,仿真实验结果表明控制方案有效。     

基于开普勒二体运动修正地球扁率J2摄动项算法

为了解决远程飞行器虚拟目标点的地球扁率J2摄动项修正的技术难点,提出一种基于开普勒二体运动推算地球引力模型J2摄动项的间接补偿的方法.该算法由基于二体运动时间推算J2摄动项飞行时间的计算模块和基于二体运动J2摄动落点修正2个计算模块构成.通过算法设计和数学仿真验证了算法的正确性,其中仿真结果表明,该算法有效解决地球扁率造成的虚拟目标点计算精度不足的问题,在算法层面与传统的地球扁率修正方法相比具有计算简单和计算速度快等优点,同时保证虚拟目标点计算达到精度要求.