基于变分迭代的航天器相对姿轨耦合动力学解算方法

针对航天器相对姿轨耦合一体化运动,在定义坐标系下利用对偶四元数和旋量表示航天器的一般运动,推导出航天器六自由度运动学和动力学模型,并分别采用Runge-Kutta四阶算法和变分迭代法的配点形式求解该非线性模型。变分迭代法的配点形式是变分迭代法与配点法的复合,先给出变分迭代法的迭代方程,再把迭代方程应用到局部时间区间上探讨了局部变分迭代法,然后把变分迭代法与配点法结合得到数值迭代方程。利用对偶四元数所建立的模型相对于其他模型较为简洁,便于分析姿轨耦合特性。仿真结果表明,相比Runge-Kutta四阶算法,变分迭代法的解算精度更高。     

湍流涡黏性模型方程中相位差的测量

基于理论上湍流相干结构复涡黏性模型对涡黏性系数的分析,应用热线测速技术测量了平板湍流边界层多尺度相干结构动力学方程中非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力分量与相干结构流向速度流向变形率之间的相位差。分析了湍流边界层相干结构猝发过程中,非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力分量与相干结构流向速度流向变形率之间的相位差沿湍流边界层法向的变化规律,为建立更加符合实际的湍流模型提供了实验依据。     

基于锥形喷注器的凝胶推进剂流变特性数值研究

为探讨锥形喷注器内凝胶推进剂的流变特性,开发了基于同步重叠相加(SOLA)交错网格算法的非牛顿不可压流体求解器,粘性本构方程采用剪切稀化幂率模型,并采用Sicilian-Hirt部分网格法处理固壁边界,开展了凝胶推进剂流变特性历变过程的数值模拟。结果表明:构造的数值模型和处理方法是适用的,数值解与理论值有较高的吻合度,误差仅在10%以内;锥形喷注器可有效加剧凝胶推进剂的剪切"稀化"作用,平均表观粘性可降低近70%;细圆管段的存在会不利于"稀化";随着收敛角度的增大,喷注器出口截面的平均表观粘度会随之降低,50°时出口平均表观粘性仅为10°时的50%,但也会增加喷注器中的压力损失。     

电动力绳系周期解求解及稳定性控制

电动力绳系姿态摆动动力学方程具有非线性特点,且姿态摆动状态直接影响着空间任务能否正常进行。首先,基于哑铃模型及偶极子地磁场模型假设,推导了在倾斜圆轨道上运行的电动力绳系姿态动力学方程。其次,给出了利用摄动法和不动点迭代法相互配合的数值方法求解该非线性方程周期解的过程及解的稳定性判断准则,并针对不稳定周期解提出了相应的稳定性控制策略。最后,通过数值仿真分析,得到了姿态摆动运动的周期解图像,验证了周期解求解算法的有效性,并对不稳定周期解实现了稳定性控制。     

大展弦比机翼流固耦合迭代求解模拟

基于某型变掠翼气动布局概念构型,结合适应于大展弦比机翼的复合材料结构设计,构建基于数据通讯的流动数值方法与结构有限元分析相互迭代的流固耦合分析平台,讨论布局在不同飞行条件下的机翼流固特性,解决大尺度结构气动弹性的耦合作用方式及准确计算的方法问题.算例结果表明流固耦合迭代求解计算方法高效、合理,较为准确地获得了大尺度结构变形后的布局气动特性改变特征,完善了特殊布局的气动特性仿真方法.     

一种改进的运载火箭迭代制导方法

为提高运载火箭在大气层外当推力出现故障条件下制导算法的最优性、鲁棒性和适应性,提出了一种改进的迭代制导方法。该方法以基于最优控制理论推导的解析形式作为最优控制解,并推导出以5个轨道根数作为终端约束的横截条件,增强了算法的最优性;迭代过程中采用高斯-勒让德方法计算推力积分,并采用球极坐标系下泰勒多项式逼近方法计算引力积分,提高了故障模式下算法的积分精度;该算法采用降维迭代求解模式,并结合对控制变量的合理限幅,保障了推力故障条件下算法的实时性和收敛性。分别基于蒙特卡洛打靶和推力故障条件下进行仿真验证,结果验证了所提方法具有较强的最优性、鲁棒性和故障适应能力。     

矩阵的奇异值分解 在红外光谱预处理中的应用

研究了矩阵的奇异值分解在红外光谱预处理中的应用。对奇异值序列,采用间距最大最高峰原则,选择有效秩的阶次;对原始光谱进行奇异值降噪处理、一阶微分处理,用相关系数法选择建模谱段为3 100~2 650 cm~(-1)和1 600~1 250 cm~(-1);采用PLS法建立运动粘度的校正模型,并与卷积平滑等预处理方法进行比较。模型校正集的相关系数(R_c)为0.977 9,标准偏差SEC为0.100 5,预测集的相关系数(R_P)为0.941 2,标准偏差SEP为0.154 7。研究结果表明:奇异值分解和一阶微分相结合可有效去除光谱噪声和基线漂移的干扰,提高PLS分析模型的准确度。     

无人机空中加油过程中基于机器视觉的相对位姿估计(英文)

本文主要研究了在无人机空中自主加油过程中,利用安装在无人机上的摄像机得到的视觉图像确定无人机与加油机之间相对位置关系的算法。本文以经典的OI算法为基础展开研究,文章主要分为三个部分:首先简要介绍了OI算法的基本实现方法,指出了在OI算法中,旋转矩阵R的初值的选择对于位姿估计的精度有一定的影响。其次主要介绍了一种线性算法用于获取R初值的方法,同时针对空中加油过程中无人机与加油机之间的相对姿态角变化较小的特点,提出了可以将旋转矩阵R的初值设为单位矩阵。论文最后在仿真环境下对相关算法展开实验研究,同时研究了在高斯噪声环境下特征点在加油机表面的分布对位姿估计结果的影响,论文得到如下的结论:1、针对空中加油过程中无人机与加油机之间的相对姿态角变化较小的特点,在高斯噪声环境下,以单位矩阵作为旋转矩阵的初值得到的位姿估计的结果好于以线性算法为初值的结果。2、在相同的高斯噪声环境下,特征点之间的距离越大时得到的位姿估计结果的精度越高。3、特征点的数量对相对位姿估计的精度没有明显影响。     

S1流场计算技术的改进和完善

采用有黏-无黏相互迭代的研究方法,对已有的S1流场计算程序进行了改进与完善。就数值计算结果与试验结果的对比而言,改进后的S1流场计算程序在精度上基本可以满足工程要求。     

Space station orbit design using dynamic programming

A space station orbit design mission is characterized by a long-duration and multi-step decision process. First, the long-duration design process is divided into multiple planning periods, each of which consists of five basic flight segments. Second, each planning period is modeled as a multi-step decision process, and the orbital altitude strategies of different flight segments have interaction effects on each other. Third, a dynamic programming method is used to optimize the total propellant consumption of a planning period while considering interaction effects. The step cost of each decision segment is the propellant for orbital-decay maintenance or lifting altitude, and is calculated by approximate analytical equations and combining a shooting iteration method. The proposed approach is demonstrated for a typical orbit design problem of a space station. The results show that the proposed approach can effectively optimize the design of altitude strategies, and can save considerable propellant consumption for the space station than previous public studies.