星间洛仑兹力编队飞行的平衡点及零速度曲面

提出了一种新的利用星间洛仑兹力控制卫星相对运动的方法:使主星产生自旋磁场,副星带电,通过控制副星所受的星间洛仑兹力进行编队。假设主星产生的人造磁场表现为偶极子并且运动在一条开普勒圆形轨道上,副星恒定带电并在主星附近运动,同时假设星间洛仑兹力只影响副星的运动而不影响主星的运动。推导了副星在主星HCW(当地垂直当地地平坐标系)坐标系下的相对运动动力学方程。针对偶极子与HCW坐标轴X轴重合的情况下,推导了动力系统下的平衡点(并采用稳定性分析方法分析其线性化意义下的稳定性)、积分常数和零速度曲面,证明了有界相对运动的存在。最后用数值仿真验证了上述结论。     

挠性充液航天器超近程逼近段动力学建模与控制

超近程逼近过程中,服务航天器为刚柔液耦合的复杂系统,单摆等液体晃动模型不再适用,对这种工况下的航天器进行了动力学建模与控制的研究。采用虚功率原理推导了一种新的适用于三轴推力作用下的液体晃动等效模型,通过引入相对位置导引矢量与相对位置误差矢量,建立了相对轨道误差动力学模型,结合相对姿态动力学模型,得到超近程逼近段的刚柔液耦合的相对轨道姿态动力学模型。针对模型存在的不确定性和未知干扰,设计了基于滑模估计器的相对姿轨耦合控制律。通过数学仿真验证了控制律的有效性,仿真中的晃动结果与Flow-3D结果能够吻合,验证了晃动模型的合理性。     

基于等效梁模型的长直机翼动力学与颤振分析

针对多自由度的复杂结构,建立简化的等效结构模型,可以快速、有效地进行结构分析.采用能量等效的方法,将多自由度、结构复杂的长直结构等效为空间梁,推导得出等效梁的刚度值和惯量值,利用有限元法得到总体刚度阵和质量阵.针对某机翼模型,得出了等效梁的刚度值和惯量值,进行了振动和颤振特性分析,并分别与有限元软件的计算结果作了对比.结果表明:该等效建模法大大降低了结构自由度,振动及颤振分析误差较小,而且其主要参数值方便修改,因此该方法可用于飞行器的初级设计或结构优化设计.     

Monocular Vision-based Two-stage Iterative Algorithm for Relative Position and Attitude Estimation of Docking Spacecraft

Visual sensors are used to measure the relative state of the chaser spacecraft to the target spacecraft during close range rendezvous phases. This article proposes a two-stage iterative algorithm based on an inverse projection ray approach to address the relative position and attitude estimation by using feature points and monocular vision. It consists of two stages: absolute orientation and depth recovery. In the first stage, Umeyama's algorithm is used to fit the three-dimensional (3D) model set and estimate the 3D point set while in the second stage, the depths of the observed feature points are estimated. This procedure is repeated until the result converges. Moreover, the effectiveness and convergence of the proposed algorithm are verified through theoretical analysis and mathematical simulation.     

空间非合作目标惯性参数在轨辨识

在空间冗余机械臂抓捕非合作目标的惯性参数辨识问题中,已有方法大都基于系统动量已知的假设,且辨识过程未考虑基座姿态稳定。针对目标动量未知的问题,设计了具有增量形式的惯性参数分步辨识算法。首先基于线动量方程得到关于质量和质心位置的第一组估计方程,采用增量形式消除未知线动量更新估计方程。辨识结果收敛后根据估计参数计算线动量估计值,代入以转动惯量为未知参数的第二组估计方程中,利用其增量表达式完成对转动惯量的估计。辨识过程中的激励由自适应零反作用控制输入提供,算法在保证基座姿态不受干扰的同时还能对惯性参数精确辨识。仿真结果表明,在30s以内算法已收敛,误差收敛到零的同时,基座姿态角速率控制精度在10^-3以下,说明算法收敛快,精度高,同时还能实现基座姿态稳定。     

颞骨蜂房气化程度对血管性耳鸣的影响

为了研究颞骨蜂房气化程度与血管性耳鸣之间的生物力学关系,本文基于典型的血管性耳鸣患者的数据进行了计算分析。首先,基于血管性耳鸣患者CT图像分别建立颞骨蜂房的基础气化和过度气化2种气化程度的三维几何模型。然后,将三维几何模型分别导入Hypermesh软件中并以四面体单元进行网格划分,生成可计算的三维有限元(FE)模型。再将三维有限元模型导入Virtual.Lab Acoustics软件中,加载相同速度边界条件,计算模型的声压幅值响应。最后,以前庭处检测的声压幅值作为计算结果。由2个模型生物力学数值模拟计算的结果,可以发现频率为250 Hz时经气化模型产生的声压幅值比基础模型的值低3.02 dB。经过气化模型产生的声压幅值小于基础模型,且在相同频率下2个模型间的声压幅值差异可被血管性耳鸣患者察觉。这一结论可以尝试为临床创新治疗血管性耳鸣提供新的理论依据。      

基于3D Zernike矩的巡检器与空间站的相对导航算法

针对航天器相对导航问题,以空间站表面为"特殊地形",提出一种基于大型航天器表面巡检的相对导航算法。首先,运用巡检飞行器上的TOF （Time of Flight）相机测量空间站表面局部点云数据,以该点云数据为实时图,以空间站表面先验点云数据为基准图。然后,利用3D Zernike矩与三维地形间的一一对应关系,将三维地形匹配转化为基于3D Zernike矩的特征向量匹配。在此基础上求解实时图与匹配上的基准图间的相对位置、相对姿态,从而确定两航天器间的相对导航参数,并通过实验分析了匹配精度及速度的主要影响因素。最后,将该相对导航参数与惯性系统推算的相对导航参数在扩展卡尔曼滤波器的框架下实现信息融合,估计了巡检飞行器与空间站间的相对位置、相对姿态,实验结果表明,相对位置精度优于0.002 m,相对姿态精度优于0.1°。     

飞机可靠性分配方法研究

针对现行飞机工程研制可靠性分配中存在的数据量少、主观因素影响较大的问题,提出了一种融合灰色关联理论与考虑重要度和复杂度的可靠性分配方法。该方法首先统计多型飞机分系统的可靠性指标,并将其代入灰色关联方法中计算各分系统的重要度;然后统计飞机各系统重要和新研改进部件数,利用考虑重要度和复杂度的分配方法对飞机可靠性指标进行分配。以某型飞机为案例进行分析计算,结果表明,该方法简单有效,客观性强。     

多体分离数值模拟及方法验证

利用自主研发的混合网格Euler／RANs方程解算软件WoF90以及六自由度动力学与运动学方程解算程序,采用脚本语言技术实现网格的自动生成,建立了一套可用于多体分离问题的准定常Euler流动非结构网格方法。通过AEDC算例对非结构准定常Euler方程方法解决多体分离问题进行了计算研究,验证了方法的可行性。     

Environmental stress level evaluation approach based on physical model and interval grey association degree

 Associating environmental stresses (ESs) with built-in test (BIT) output is an important means to help diagnose intermittent faults (IFs). Aiming at low efficiency in association of traditional time stress measurement device (TSMD), an association model is built. Thereafter, a novel approach is given to evaluate the integrated environmental stress (IES) level. Firstly, the selection principle and approach of main environmental stresses (MESs) and key characteristic parameters (KCPs) are presented based on fault mode, mechanism, and ESs analysis (FMMEA). Secondly, reference stress events (RSEs) are constructed by dividing IES into three stress levels according to its impact on faults; and then the association model between integrated environmental stress event (IESE) and BIT output is built. Thirdly, an interval grey association approach to evaluate IES level is proposed due to the interval number of IES value. Consequently, the association output can be obtained as well. Finally, a case study is presented to demonstrate the proposed approach. Results show the proposed model and approach are effective and feasible. This approach can be used to guide ESs measure, record, and association. It is well suited for on-line assistant diagnosis of faults, especially IFs.