大跨时空任务背景下的太阳能无人机任务规划技术研究进展

通过任务规划技术合理的优化太阳能无人机的飞行轨迹和动力学参数,能够有效提高太阳能无人机的能量利用率,使其胜任许多大范围跨时间跨空间飞行任务。从能量建模、续航评估和能量管理策略3个方面对大跨时空任务背景下太阳能无人机任务规划技术的研究进展进行了综述。在能量建模方面,介绍了当前主流的太阳辐射模型和能量生产基本框架;在续航评估方面,分析了目前的指标设计和应用方法;在能量管理策略方面,从能量综合应用、风力滑翔机制、轨迹优化方法和面向特定任务的应用4个角度,梳理了当前的研究现状。最后,对该领域未来可能的研究方向进行了展望。     

考虑局部遮挡的太阳能无人机能源控制

针对太阳能无人机在飞行状态下可能出现的太阳能电池局部遮挡情况,开展相应的太阳能电池最大功率点追踪算法和能源控制研究。通过将发光亮度引入相对吸引力计算过程对萤火虫算法进行改进,实现了局部阴影情况下太阳能电池最大功率点的高效追踪。以此为基础,设计了考虑局部遮挡情况下太阳能无人机的太阳能电池/蓄电池混合能源状态机控制规则。以"蒲公英I"无人机为例,建立了太阳能电池阵列模型,开展了考虑局部遮挡情况下太阳能电池最大功率点追踪仿真实验;基于"蒲公英I"飞行剖面,开展了考虑局部遮挡情况的混合能源控制仿真试验。研究结果表明：改进的萤火虫算法可以实现在局部阴影情况下太阳能电池最大功率点的有效跟踪,与萤火虫算法相比收敛时间更短、且功率波动幅度更小;采用改进萤火虫算法和状态机能源管理策略,在考虑局部遮挡的飞行状态下可以实现太阳能电池/蓄电池之间的合理功率分配与控制。     

基于IPSO-Elman神经网络的飞机客舱能耗预测

为了提高飞机客舱使用地面空调制冷时客舱能耗的预测精度,提出了一种改进的粒子群优化（IPSO）Elman神经网络的飞机客舱能耗预测模型。依据对算法中惯性权重与学习因子的收敛域分析,得出了二者合理的取值范围,将粒子到全局最优位置间距离与参数的取值范围相结合,构造了惯性权重与学习因子的动态调节函数,对其进行非线性的动态调节,并引入了变异因子,提出了一种跳出局部最优的策略,防止粒子群优化（PSO）陷入局部最优。将IPSO-Elman应用于Boeing738飞机客舱能耗预测中,与PSO-Elman、Elman算法进行性能比较,仿真结果表明基于IPSO-Elman的客舱能耗预测模型在预测精度和收敛速度方面均有一定的提升。该研究结果为飞机客舱能耗预测模型的建立提供了理论依据,对飞机地面空调的节能与机场电能合理调配提供了支持。     

低能自由空气电离室优化设计

借助于空气比释动能的基本定义和概念以及空气比释动能绝对测量的理论方法,分析了自由空气电离室可以作为空气比释动能绝对测量方法的原理和条件。通过平板型与圆柱型自由空气电离室的优劣比较,选择平板型作为研究对象,详细介绍了经典的平板型自由空气电离室,并通过理论分析计算以及模拟计算的方法,优化设计包括：光阑半径、空气衰减长度、极间距等低能自由空气电离室的关键几何尺寸,以最小化空气比释动能测量时产生的总不确定度。     

(70~100)MeV准单能中子参考辐射场设计

国内基于串列加速器建立了144keV~15MeV的单能中子参考辐射场,解决了20MeV以下能区中子探测器注量、剂量等参数的量值溯源,但尚未建立20MeV以上能区准单能中子参考辐射场。随着航天空间中子探测任务的需要以及地面高能质子加速器的发展,20MeV以上能区准单能中子参考辐射场需求越来越突出。发展20MeV以上能区高能中子参考辐射场对于满足国防需求、推动中子计量学科发展具有重要意义。     

Mean energy of response to galactic cosmic ray spectrum: IMP 8 and Climax neutron monitor

Solar modulations of galactic cosmic ray (GCR) intensity contain a wealth of information about their transport in the heliosphere. To extract this information from the data one studies the dependence of the observed modulations on the mean energy of response of detectors providing data for the analyses. There is a great deal of confusion about the detector energy response to GCR spectrum in the literature. We present a preliminary report on the computations of the mean energy of response for the Climax neutron monitor (CL/NM) and IMP 8 cosmic ray nuclear composition instrument to GCR protons for 1973–1998, covering the solar cycles 21 and 22. We find that for penetrating proton channel on IMP 8 the mean energy changes by a factor of over two whereas for the neutron monitor the change is only 21%. However, the corresponding change for the computed modulation function is a factor of about 3.5.     

基于GPS的低轨伴飞卫星自主导航轨道确定

对基于EKF算法的相对导航滤波器和基于全球卫星定位系统(GPS)伪距测量的伴飞星定轨进行了研究。用几何法与相对动力学方法联合获得目标星轨道信息,给出了伴飞卫星伪距测量定位的模型。仿真结果表明:该定轨方法可用于低轨卫星实时定位导航,定轨精度较高。     

基于锥形压入的材料力学性能测试方法研究

通过压入测试以获取工程服役结构、小型构件和焊接结构焊缝过渡区的材料单轴本构关系参数,且根据材料本构关系参数来估算材料的压入硬度对于工程设计和安全评估有重要意义.对于幂律材料,本文依据锥形压入试验原理和弹塑性接触有限元分析(EPFEA),揭示了不同锥角的锥形压头其压入能量比与屈服应力之间存在线性关系,提出了基于能量原理预测金属材料本构关系部分关键参数(弹性模量、屈服应力和硬化指数)的CR-EMI (Constitutive Relationship based on Energy Method of Indentation)方法.同时,基于此种线性关系提出了由Hollomon本构关系模型参数预测硬度的H-EMI(Hardness based on Energy Method of Indentation)方法.通过对多种金属材料进行压入试验和有限元分析,验证了CR-EMI方法和H-EMI方法的有效性与精确性.     

高效能源系统管理与控制技术

能源系统是飞行器的关键技术之一,能源系统性能的优劣对飞行器能否正常飞行及实现预定任务有重要影响。本文针对大功率飞行器对分布式循环能源系统的管理需求,开展高效能源系统管理与控制技术研究,提出一种集逐级调压控制、限流充电控制、恒流输出控制以及最大功率点跟踪(MPPT)控制为一体的层级梯次控制策略,实现分布式系统的全局优化控制和飞行器能源的功率优化调度。研制的能源管理系统(PCU)配备1条234～328 V高压母线,额定功率15 kW,电路效率大于97%,功率密度大于750 W/kg。PCU依托分布式架构,采用层级梯次控制策略,验证了高效能源系统管理与控制技术的正确性和有效性。     

关于卫星网整网自主定轨方法的探讨

随着在轨卫星数量的不断增多，卫星网的自主定轨已经成为迫切需要，本文重点阐述如何利用星间相对测量（相对距离测量和相对速度测量）技术，将卫星精密轨道确定方法和大地测量中的整网平差方法相结合，来实现卫星网的自主定轨，仿真结果表明，这一方法是切实有效的。