基于混合状态机的航天器自主绕飞多模态控制

本文研究了对非合作目标的自主绕飞控制问题，提出了基于混合状态机的自主绕飞多模态控制方法。首先，根据自主绕飞任务目标和轨道安全性分析，定义了远程接近、近程接近、相对位置保持、绕飞转移、碰撞规避、撤离等状态以及各个状态的控制目标。其次，为了实现航天器各个行为状态之间的协调转换与控制，建立混合状态机模型对各个状态进行自主管理和监控，设计了状态之间跳转的转换函数。然后，根据不同状态的控制目标，设计了多模态运动规划与控制策略，实现多模态自适应有限时间跟踪控制。最后，对本文所提出的自主绕飞控制方法进行了仿真验证，仿真结果说明了所提出的方法的有效性。     

格子玻尔兹曼正则化碰撞模型的理论进展

数值稳定性问题一直是困扰格子玻尔兹曼方法在高雷诺数高马赫数流动中广泛应用的瓶颈。在格子玻尔兹曼方法领域改良碰撞模型的数值稳定性和精度一直是近30年来的研究难点和热点。正则化碰撞模型作为众多碰撞模型的一个重要分支，近几年来取得了重要理论进展，目前已在高雷诺数湍流模拟、高马赫数可压缩流动以及气动声学领域得到了广泛应用。本文系统地回顾了正则化碰撞模型的发展历史，并建立了一个系统的理论框架阐述不同正则化碰撞模型之间的理论联系。同时，揭示了正则化多松弛碰撞模型的理论本质，就是在与坐标无关且自相似的矩空间中将离散格子模型表达不了的高阶动理学矩进行快速松弛，以避免虚假模态对水动力学方程的影响。     

考虑通信延迟的卫星集群改进蜂拥控制

针对卫星集群的无碰撞协同运动问题,提出了一种改进的蜂拥控制策略。首先,结合Prim算法和广度优先算法设计了一种计算度、半径约束最小生成树的拓扑优化方法,并将优化结果作为星群的通信拓扑。该方法不仅能够节省每个卫星的通信资源,还能够减少星群网络的通信延迟。随后,为提高参考轨迹生成的快速性,采用基于傅里叶级数的形状曲线逼近法对主星参考轨迹进行规划。在此基础之上,提出了一种考虑通信延迟与碰撞规避的蜂拥控制策略,使星群能够在保证通信连通性的前提下沿参考轨迹运动到目标点附近,并且在运动过程中不发生碰撞。经过理论分析,利用Lyapunov Razumikhin定理证明了卫星集群系统能够达到渐近稳定。最后,通过数值仿真验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

阻尼环在整体叶盘结构中的减振应用

随着整体叶盘结构在航空发动机中的广泛应用，其抗高周疲劳能力设计愈发重要。为了提高整体叶盘结构的减振能 力，以风扇整体叶盘模型试验件为研究对象，设计了2种安装在缘板下方的阻尼环，阻尼环与槽道之间通过摩擦碰撞的方式来消 耗振动能量，从而降低结构振动响应。通过谐波平衡法开展了阻尼减振效果分析，获得了在不安装阻尼环、安装长方形截面阻尼 环和安装圆形截面阻尼环3种工况下的相对响应幅值。通过采用自由振动衰减法在不同叶片上进行敲击，测试获得3种工况下风 扇叶盘前4阶模态对应的阻尼特性。结果表明：在相同激励下，不安装阻尼环、安装长方形阻尼环和安装圆形阻尼环的相对响应 幅值分别为0.126%、0.98%和0.168%，圆形阻尼环具有较好的减振效果，与试验结果吻合较好。说明在配合关系合理的情况下，阻 尼环与配合槽道摩擦接触消耗能量，降低了风扇整体叶盘的响应，增大了叶盘的低阶阻尼比。研究结果对工程上整体叶盘结构减 振设计具有一定的参考价值。     

碰撞风险评估中的空间环境激励图方法

因航天器物理特征、空间环境扰动变化、预报技术和大气模型性能等既有不确定因素的存在，空间目标碰撞概率等与轨道预报相关的评估工作存在模糊度问题，无法准确描述碰撞风险水平。文章基于碰撞概率极值，简化气动力误差模型，量化计算轨道预报相关事务的边界；提出空间环境激励图和3σ区的概念，并给出具体实施方法以及空间碎片碰撞预警、空间物体陨落预报的计算示例。计算结果表明，该方法能较好应对轨道预报相关事务中的模糊度问题，可为相关航天工程实践和决策提供参考。     

StarLink星座对空间安全态势的影响

针对StarLink星座部署后带来的空间安全问题，对StarLink星座构型仿真，利用碰撞概率的算法，从碰撞风险的角度分析了StarLink星座部署后对其他卫星在轨安全的影响。结果表明:StarLink星座部署对低轨航天器将带来较大的碰撞风险，碰撞风险比部署前提升一个量级，对535~555 km空间区域的航天器影响尤为突出，一旦产生碰撞碎片将带来更大的碰撞风险。通过分析提出了警示，并针对大型卫星星座带来的碰撞危险提供了应对建议。     

航天器反应式碎片规避动作规划方法

提出一种航天器反应式碎片规避动作规划方法，首先以扰动流体动态系统(IFDS)算法作为动作规划的基础算法，通过其中的总和扰动矩阵对航天器的轨道速度矢量进行修正，实现轨道机动规避；然后，建立基于双延迟深度确定性策略梯度(TD3)深度强化学习算法的反应式动作规划方法，通过TD3在线优化IFDS规划参数，实现对碎片群的“状态-动作”最优、快速规避决策。在此基础上，将优先级经验回放和渐进式学习策略引入该方法中，提升训练效率。最后，仿真结果表明，所提方法可使航天器安全规避多发、突发、动态且形状各异的空间碎片群，且具有较好的实时性。     

极端温度下月球高速着陆机构与泡沫金属断裂的碰撞分析（英文）

计算了以预制凹槽、弹头、泡沫钛、泡沫铝以及探测器组成的构件以130 m/s的速度，在1/6地球引力下，冲向月球表面岩石所发生的应力应变。构件中的泡沫金属能够承受探测器的力，并提供反冲力。预制凹槽和弹头的应力为1 200～2 000 MPa，而泡沫钛和泡沫铝的应力分别为10 MPa和1 MPa，降低量显著，泡沫钛降低至1%，泡沫铝降低至1‰。该构件还在低温（-182.85℃）以及高温（127.15℃）下进行了一系列不同的角度碰撞实验，探测器仍可以正常工作。     

折叠翼弹簧锁紧机构动力学仿真分析

基于刚柔耦合动力学理论,对折叠翼弹簧锁紧机构展开到位瞬时的碰撞问题进行分析,采用LS-DYNA建立折叠翼的刚柔耦合动力学模型,在各构件之间建立运动副和接触关系,对折叠翼展开到位时的局部接触碰撞动力学过程进行数值模拟。本文的建模方法更准确地计算了折叠翼展开到位的动力学响应,给出了折叠翼展开到位的碰撞特性,得到碰撞过程中折叠翼的应力分布。从而为折叠翼机构的设计提供指导。     

飞行器广义生存性及评估方法

生存性作为飞行器的一个重要的通用质量特性，对于飞行器在服役(作战)使用过程中保持其服役(作战)完整性，进而发挥其服役(作战)效能具有重要作用。首先从实际作战环境和作战链路出发，引入威胁有效性，提出了飞行器广义生存性的定义——飞行器在人为敌对环境中执行任务时能够生存的能力，给出了其主要的3个方面的决定因素：威胁有效性、目标敏感性、目标易损性，讨论了其基本特性：客观性、相对性、随机性、可控性。在此基础上，建立了飞行器广义生存性的表征模型和评估方法；提出了威胁有效性的定义，明确了其3方面的主要决定因素：威胁活动性、威胁完好性、威胁能力程度，提出了威胁活动性、威胁完好性的定义，给出了飞行器的目标敏感性的主要影响因素：目标探测性和目标规避性，并提出了目标探测性和规避性的定义。最后，提出了提高飞行器广义生存性的措施，并给出了某4型作战飞机广义生存性评估分析的示例。研究结论可以为飞行器的设计及服役(作战)使用提供参考。