Improved orbit predictions using two-line elements

The density of orbital space debris constitutes an increasing environmental challenge. There are two ways to alleviate the problem: debris mitigation and debris removal. This paper addresses collision avoidance, a key aspect of debris mitigation. We describe a method that contributes to achieving a requisite increase in orbit prediction accuracy for objects in the publicly available two-line element (TLE) catalog. Batch least-squares differential correction is applied to the TLEs. Using a high-precision numerical propagator, we fit an orbit to state vectors derived from successive TLEs. We then propagate the fitted orbit further forward in time. These predictions are validated against precision ephemeris data derived from the international laser ranging service (ILRS) for several satellites, including objects in the congested sun-synchronous orbital region. The method leads to a predicted range error that increases at a typical rate of 100 m per day, approximately a 10-fold improvement over individual TLE’s propagated with their associated analytic propagator (SGP4). Corresponding improvements for debris trajectories could potentially provide conjunction analysis sufficiently accurate for an operationally viable collision avoidance system based on TLEs only.     

对高温低周疲劳寿命预测模型的评价

高温低周劳寿命预测方法对于承受变幅载荷的高温构件的设计具有重要意义。本文系统介绍了迄今这方面所取得的研究成果，特别对目前在国内外影响较大的ＳＲＰ等几个ＨＬＦ寿命预测的经典参数模型和近些年发展起来的预测ＨＬＦ寿命的损伤力学方法作了较为详细的评价，并指出存在问题和研究方向。     

AN IMPROVED MEAN SURFACE METHOD FOR SUBSONIC PROPELLER NOISE PREDICTION

ＡＮＩＭＰＲＯＶＥＤＭＥＡＮＳＵＲＦＡＣＥＭＥＴＨＯＤＦＯＲＳＵＢＳＯＮＩＣＰＲＯＰＥＬＬＥＲＮＯＩＳＥＰＲＥＤＩＣＴＩＯＮＬｉＸｉａｏｄｏｎｇ；ＳｕｎＸｉａｏｆｅｎｇ；ＨｕＺｏｎｇａｎ；ＺｈｏｕＳｈｅｎｇ（Ｆａｃｕｌｔｙ４０７，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉ...     

决策支持系统中基于神经网络的非线性预测方法

本文说明了在决策支持系统中引入人人工神经网络模型进行预测的原因，并介绍了在DSS中用于非线性预测所采用的神经网络模型，以及基于这种网络模型进行非线性预测的基本原理和具体的学习算法。     

Remote sounding of atmospheric gravity waves with satellite limb and nadir techniques

Recent advances in satellite techniques hold great potential for mapping global gravity wave (GW) processes at various altitudes. Poor understanding of small-scale GWs has been a major limitation to numerical climate and weather models for making reliable forecasts. Observations of short-scale features have important implication for validating and improving future high-resolution numerical models. This paper summarizes recent GW observations and sensitivities from several satellite instruments, including MLS, AMSU-A, AIRS, GPS, and CLAES. It is shown in an example that mountain waves with horizontal wavelengths as short as 30 km now can be observed by AIRS, reflecting the superior horizontal resolution in these modern satellite instruments. Our studies show that MLS, AMSU-A and AIRS observations reveal similar GW characteristics, with the observed variances correlated well with background winds. As a complementary technique, limb sounding instruments like CRISTA, CLAES, and GPS can detect GWs with better vertical but poorer horizontal resolutions. To resolve different parts of the broad GW spectrum, both satellite limb and nadir observing techniques are needed, and a better understanding of GW complexities requires joint analyses of these data and dedicated high-resolution model simulations.     

高硬韧材料切削温度的解析预测

以传热学为基础，用有限差分数值方法，二元切削加工过程中切削区域温度场进行了计算机模拟，并以金刚石和硬质合金刀具切削钛合金炙例，进行了切削温度计算，经分析，计算结果与实测切削温度值吻合良好。这不但表明切削温度的计算机模拟可行的，同时人加工材料的切削加工特性提供了一种新的解析方法，可节省大量实验，为进一步预测最佳切削过程，指导新型刀具材料的开发奠定了基础。     

喷口自由剪切层自激振荡优势频率的预测

研究了喷口边缘自由剪切层在下游扰流物干涉下产生自激振荡的机理 ,并进行了相应的实验。基于对空腔流自由剪切层自激振荡各阶模态的频率方程的合理改进 ,使之能预测喷口边缘自由剪切层在下游扰流物干涉下所致的自激振荡的模态频率。实验结果表明 ,采用改进后的空腔流自由剪切层自激振荡的频率方程能较好地预测喷口自由剪切层自激振荡所致噪声的优势频率 ,并能用于工程计算。另外 ,作者在考虑声与流动耦合的复杂性时提出 :声压与涡脱落相互作用的力阻抗所致的时延 2 πα中的 α与当地马赫数有关 ,而并非为常数 0 .2 5。声的传播是弹性介质中疏密波的传播 ,脱落涡的传播是流动介质中涡质量的传播 ,声与流动耦合的力阻抗的抗性取决于它们两者在耦合时所占有的主次地位 ,由实验数据表明 ,当 Ma∞ <0 .3 4时 ,力阻抗的抗性会由质量抗转变为弹性抗 ,即 α会由正值变为负值。     

基于非线性Wiener过程的航空发动机性能衰减建模与剩余寿命预测

针对航空发动机在性能衰减过程中普遍存在的非线性和三源不确定性问题,提出了一种基于非线性Wiener过程的航空发动机性能衰减建模与剩余寿命（RUL）预测方法。首先,为解决目前大多数剩余寿命预测方法中潜在假设的局限性,即当前时刻估计的漂移系数与上一时刻漂移系数的后验估计完全相等,在状态空间模型的框架下建立了一类新的同时考虑非线性和三源不确定性的性能衰减模型,并在首达时间下推导出剩余寿命的分布。然后,针对新研发航空发动机缺乏历史数据和先验信息的问题,提出了一种基于Kalman滤波和条件期望最大化（ECM）算法的参数估计方法,使得估计的模型参数不依赖于历史数据量。同时能够在获得一个新的性能衰减数据后,实现对模型参数的自适应估计和在线更新,进而实时地更新航空发动机的剩余寿命分布。实验结果表明,本文方法可以有效地提高剩余寿命预测的准确性,能为航空发动机的维修决策提供可靠的依据。     

高速热流下薄壁结构声振响应分析及寿命预估

现代飞行器飞行过程中发动机薄壁结构受高速热流冲击面临着极为严酷的工作环境,使结构产生大挠度动力学响应以及疲劳损伤破坏现象。为获取难以实测的热流冲击下结构声振响应规律及疲劳破坏时间,采用耦合有限元/边界元的方法进行数值模拟分析与热声疲劳试验相结合的方法,根据载荷效果构建与试验件尺寸完全一致的数值仿真模型,对热声载荷下薄壁结构进行仿真计算。采用功率谱密度（PSD）法分析频率响应峰值随声载荷变化规律,并通过改进的雨流计数法对声振响应数据进行统计分析,得到疲劳寿命时间。并对比声振响应仿真计算结果与试验结果发现误差小于2%,验证了数值仿真的可靠性。在此基础上,对高速热流冲击作用下薄壁结构进行数值仿真分析,通过分析频率响应峰值随温度和流速的变化规律获取不同温度各流速下结构声振响应及疲劳寿命变化规律,并阐述造成这种变化的原因。本文完成的工作可对高速热流环境下薄壁结构响应分析和寿命预估提供参考依据。     

基于多项式近似的空间碎片群体轨道预报算法

快速准确地分析空间碎片群轨道演化行为对于其他在轨航天器碰撞规避至关重要。在各摄动力的作用下,空间碎片群演化运动呈现出复杂的非线性特征。空间碎片群体个体数量巨大,如果通过对空间碎片群中每个空间碎片进行轨道积分来分析群体预报的方法会导致计算量过大。针对该问题,提出一种基于多项式近似的轨道快速预报分析方法。该方法将空间碎片群分为少量的标称碎片和其他大量关联碎片。针对标称碎片的轨道预报采用数值积分求解保证预报精度;而针对其他大量的关联碎片轨道预报问题,采用多项式泰勒展开半解析方法求解,从而在保证预报精度的前提下有效减少空间碎片群轨道预报的计算量。为了验证方法的有效性,对不同空间碎片群进行了轨道预报仿真。仿真结果表明,当轨道预报精度设定在1m范围内时,多项式近似算法的计算量较蒙特卡洛方法计算效率提高了2.2~17.2倍,验证了所提出方法的有效性。