一种柔性多体动力学建模方法及其工程应用

针对具有多轴天线驱动、机械臂运动、空间站舱段转位等多体运动特征的航天器,提出了一种基于浮动基座和树形拓扑结构的柔性多体动力学建模方法,用于计算机建模和与控制系统联合仿真。基于拉格朗日方程和有限元方法所建立的动力学方程考虑了大角度刚体相对转动、弹性部件振动、柔性关节变形特性。将此建模方法程序化并应用于工程实际,可解决此类航天器复杂的机构运动与弹性振动的耦合动力学建模问题,实现完全自主的动力学建模、模型代码输出和控制联合仿真功能,为此类航天器的动力学特性分析及其控制系统设计与系统级仿真验证服务。结合带多轴驱动天线和大型柔性天线的整星对象,采用该方法建模并就系统频率、频率响应、时间响应与商业柔性多体软件Adams进行对比,结果显示二者一致性良好,验证了该建模方法及其软件实现的正确性和通用性。     

涡轮发动机复杂区域的结构化网格生成技术

通过对二维泊松方程增加伪时间项，采用时间推进法求解生成二维网格，利用拉格朗日插值生成三维网格，给出了一种在涡轮发动机复杂区域中生成结构化网格的计算方法。该方法很好地保证了网格的质量和正交性。大量的计算算例表明该网格的生成方法和区域分解算法相结合可以对复杂区域流场的流动细节进行很好的模拟。     

一种八质量MEMS陀螺模态频率分析方法

针对结构八质量MEMS陀螺在工作模态频率迭代设计过程中效率低下的问题,提出了一种模态频率解析分析方法。首先,根据八质量MEMS陀螺谐振子的构成方式是由集总质量按旋转对称的排布方式通过单向刚度柔性梁连接形成整体的特点,将其等效简化成一个质量-弹簧模型。然后,采用拉格朗日方程建立16自由度的质量-弹簧等效模型的动力学方程;考虑到八质量MEMS陀螺的工作模态振型特点,对动力学方程做出针对性的简化,提取其中的质量矩阵和刚度矩阵,求解质量矩阵和刚度矩阵行列式的特征值,通过逆推法筛选出符合工作模态振型特点的特征值,即为所需的工作模态频率。本文所提出的解析分析方法与有限元仿真频率偏差为12.8%,验证了所建频率分析模型的可行性。与有限元仿真所需的复杂建模流程相比,这种模态频率分析方法只需柔性梁的刚度以及质量块的质量,便能计算出工作模态的频率,因而能有效开展全局动力学模态分析,获取动力学最优解。     

基于拉格朗日松弛算法的终端区飞机排序研究

终端区飞机排序问题是减少航班延误、降低成本的关键技术.考虑机型运行成本和飞机总延误时间,建立一个0~1整数规划模型.因其是一个组合优化问题,多约束相互制约,采用拉格朗日松弛算法将复杂约束转换为线性约束进行求解.仿真结果表明,求得的进近队列延误小、延误成本低、无冲突,且拉格朗日松弛算法计算得到的结果更为可靠,符合实际运行需求,结果优于传统的启发式算法.     

IPS理论与技术在深空探测中的应用

简述了拉格朗日点附近Halo Lissajous轨道在空间科学探测中的应用价值,以及与之密切相关的IPS的物理意义,在此基础上给出了IPS节能轨道设计与控制涉及的几个基本问题,和IPS技术在拉格朗日点探测任务中的应用情况,分析了IPS技术在我国深空探测中的应用前景。研究表明：IPS技术将促进我国深空探测技术向高水平、低能耗、省经费的方向发展,将在未来的深空探测中发挥重要作用。     

雾化过程的一种Euler-Lagrangian 耦合算法

对雾化过程的直接数值模拟需要巨大的计算资源和时间,而工程中的简化模型则经常会给出错误的结果.因此,可以折中地采用一种混合方法,即在不同尺度上采用不同的模型.提出了一种雾化过程的欧拉——拉格朗日耦合算法.较大的液团采用VOF法直接求解,与网格尺度相当或更小的液滴则采用双向耦合的拉格朗日粒子法进行追踪.而该方法要求粒子的体积小于网格体积的10％,为此又提出了一种虚网格粒子追踪法.由于湍流结构对雾化过程的影响很大,故湍流采用了大涡模拟模型.采用多个算例对开发的算法进行了验证,并对部分关键参数的影响进行了深入研究.采用新算法对两股撞击射流的雾化过程进行了研究,瞬态和统计结果均表明新算法能够给出良好的预测.     

基于自适应高斯伪谱法的SGCMG无奇异框架角轨迹规划

针对采用SGCMG作为姿态执行机构的小卫星,在大角度机动过程中SGCMG系统易陷入奇异的问题,提出了一种基于自适应Gauss伪谱法的SGCMG无奇异框架角轨迹快速规划方法。该算法综合考虑到实际工程应用中存在的SGCMG框架角受限、框架角速度受限,奇异量度受限,星体机动角速度受限以及星体初始和终端状态受限等约束条件,将卫星大角度机动问题看成满足上述一系列约束条件和边界条件同时实现某一性能指标最优的最优控制问题。然后,结合自适应高斯伪谱法与非线性规划技术,求解带有边界约束与路径约束的最优化问题,获得实现性能指标最优的无奇异SGCMG系统轨迹。仿真结果表明：该算法能够在25s的时间内给出顺利实现大角度机动并满足所有约束条件,同时近似精度优于10 -3 的高精度平滑轨迹。     

基于梯度下降的水滴收集率计算方法

拉格朗日方法在计算三维复杂外形的水滴撞击特性时，一般需要通过插值获得物面网格上的水滴收集率，而这一过程容易造成计算结果失真。建立了一种基于梯度下降的水滴收集率计算方法，通过确定撞击物面网格角点的水滴轨迹实现物面网格中心处的水滴收集率计算，避免插值运算。该方法的计算思路如下：根据撞击点到目标点的距离，采用梯度下降法自适应地调控水滴的初始释放位置，使撞击点落在壁面网格角点附近的给定阈值范围内；采用邻点检索算法，快速确定迎风面内所有撞击网格角点的水滴轨迹；基于流管定义，计算出网格中心处的水滴收集率。采用该方法对典型三维外形的水滴收集率进行了计算，并与相关文献结果进行对比。结果显示计算结果与文献数据吻合良好，有效克服了现有技术中因插值导致的结果失真问题，能够为飞机结冰及防除冰技术研究提供参考。     

重装空投动力学分析与控制方案研究

针对重装空投任务,基于拉格朗日分析力学,建立了货物在机舱内滑行阶段飞机-货物两体系统的动力学模型.给出了一种控制补偿方案,用以抵消或削弱货物运动对飞机的影响.通过数值仿真,观察货物运动和飞机运动之间的耦合关系,分析了牵引伞尺寸对飞机和货物运动参数的影响.仿真结果表明,所给出的控制补偿方案能够有效改善飞机飞行品质,提高飞...     

“嫦娥二号”飞抵150万千米外深空

8月25日23时24分,嫦娥二号卫星成功实施了拉格朗日L2点绕飞捕获控制,并成功进入了运行周期为180天的环绕拉格朗日L2点轨道。此举实现了世界上首次由月球轨道飞往拉格朗日L2点的航天活动,也是中国航天深空探测的触角第一次延伸到如此遥远的宇宙深空。