仿生变构型飞行器智能控制技术:进展与展望

仿生变构型飞行器是一种为适应环境和任务的变化而具备动物外部构型变化能力的新型飞行器,变构型的动态飞行特征给控制系统设计带来了一系列挑战。飞行器仿生变构型的过程是一种飞行器“眼、耳、脑、体、翼”等多器官协调的智能行为,控制系统设计的主要目标是在“感知—决策—反馈—执行”全控制回路的框架下解决“为何变”“如何变”等智能行为的设计问题,赋予飞行器(特别是无人飞行器)在复杂干扰和不确定环境下强自主、强适应、强生存等智能能力。结合近年来智能控制和仿生技术的发展,从仿生智能的视角梳理变构型飞行器控制技术的研究现状和存在问题,指出仿生变构型飞行器设计需要完成从“方法论”“系统论”设计到“环境/任务/系统一体化”设计亦即“行为论”设计的跨越;进一步提出了机理与数据混合驱动建模、多维信息仿生感知、智能自适应变形决策、变形与飞行一体化控制、全回路安全控制等前沿科学问题,并给出了可能的解决思路。     

一箭多星发射直接入轨的卫星构型研究

针对中、高轨道一箭多星发射直接入轨的需求,基于卫星与运载火箭的接口、环境条件、包络与操作要求等约束,对卫星构型形式进行了研究。比较了一箭多星发射的几种卫星构型方案（包括中心承力筒式、板筒式、板架式和桁架式构型）,研究了星箭接口选用包带式和点式爆炸螺栓两种连接分离装置的适用性,并据此提出优选桁架式卫星构型和点式爆炸螺栓星箭接口形式,可为卫星结构特性优化和卫星平台通用化奠定基础。     

VLBI并行处理方式比较分析

甚长基线干涉测量技术VLBI能够弥补传统雷达测距和多普勒测速技术对垂直于视线向位置和速度不敏感的缺陷,已被广泛应用于深空航天器精密测定轨任务中。针对集群环境下VLBI数据处理的实现问题,从计算量、通信量、可扩展性、调度复杂度等方面对基线并行、测站并行、通道并行、时间并行四种并行处理方式进行对比论述分析,分析结论对正在建设中的深空干涉测量信号处理中心的数据处理系统建设具有一定的参考价值。     

双层环形可展开天线机构构型优选及结构设计

提出可构成双层环形桁架式可展开天线机构的可展开单元需满足的条件,设计出一种轻量化、高刚度曲柄滑块式可展开单元。建立单元特性综合评价指标,对7种可展开单元进行单元特性评价及优选。对优选出的可展单元的结构尺寸进行优化设计,获得了优化设计参数。设计了20m的大口径双层环形桁架式可展开天线机构,研制含弹性铰链的单层环形桁架式可展开天线机构与双层单元机构原理样机,对两种样机的展开功能和重复展开精度进行测试,验证了提出的可展开机构单元及大口径天线机构设计的正确性和可行性。     

电离层扰动的GPS探测

提出了一种利用短基线GPS接收阵探测研究电离层扰动的实验新技术,在此基础上发展了一种消除观测点运动速度的影响,从探测结果中确定扰动传播参量的数据分析算法．实验结果表明,短基线GPS接收阵用于探测研究TID一类电离层扰动时,精度高,可靠性好,并能有效地探测大范围电离层扰动的传播特性．     

单发引气防冰构型的适航影响分析

适航条款要求"必须通过分析确认,飞机在各种运行形态下其各种部件的防冰是足够的",这就要求民机试飞中必须验证单发引气防冰时的飞机防冰能力。简要介绍了引气防冰的基本工作原理,通过对某民机两种单发引气防冰构型的研究,分析了试飞过程中可能出现的问题,并着重从适航验证角度对两种构型的差异进行了剖析。结果显示在不同防冰构型下,单发引气防冰的引气需求有较大差异,这也说明在飞机初始设计阶段就应充分考虑适航条款对单发引气防冰功能的需求。     

一种基于S-R-S构型特点的正交冗余机械臂避障规划方法

针对正交冗余机械臂避障规划问题,提出了一种基于S-R-S构型特点的避障规划新方法。该方法将正交7自由度冗余机械臂构型等效为S-R-S(球副-转动副-球副)构型,并依据S-R-S构型特点将避障规划分为肘部笛卡尔位置规划、第2根臂杆规划、末端工具规划3个部分。引入Bézier曲线完成肘部和末端工具在球面的避障规划,第2根臂杆的避障规划依据避障最大运动能力调整完成。通过Schunk-Lwa4D正交冗余机械臂避障规划实验,验证了提出的基于S-R-S构型特点的避障规划新方法的有效性和可行性。     

圆轨道欠驱动航天器编队重构脉冲控制

针对圆轨道径向或迹向欠驱动航天器编队重构控制问题,提出了欠驱动脉冲控制方法。首先,基于圆轨道欠驱动航天器相对运动动力学模型,分析了两类欠驱动条件下的系统可控性和重构可行性。然后,解析推导了两类欠驱动条件下实现重构所需的最少脉冲次数以及对应的速度增量消耗。最后,设计数值仿真算例,验证了本文提出的欠驱动脉冲控制方法的正确性。仿真结果表明:径向和迹向欠驱动条件下均可实现圆轨道编队重构。与全驱动控制方法相比,欠驱动控制方法可有效避免由推力器故障引起的重构任务失效,故而提高了控制系统的灵活性与可靠性。     

我国新一代中型高轨运载火箭发展研究

新一代火箭CZ-5、CZ-6和CZ-7陆续首飞成功,拉开了我国运载火箭更新换代的序幕。新一代中型运载火箭CZ-7于2016年6月和2017年4月圆满完成了两次飞行任务,为中型运载火箭的研制奠定了坚实的基础。在CZ-7火箭基础上,增加CZ-3A氢氧三子级,在海南文昌发射GTO轨道卫星,运载能力不低于7.0t,可快速形成更新换代能力,填补我国GTO轨道该吨位的运载能力的空白。为了进一步提升我国运载火箭的竞争力,对标国际先进水平,针对新一代中型高轨运载火箭开展构型优化研究,以提高火箭性能,降低火箭成本,提升火箭的使用维护性能,满足后续GTO发射任务需求。