含端部集中质量柔性梁与刚性约束间的碰撞振动(英文)

以基础受简谐激励的含端部集中质量柔性梁与双侧刚性约束边界的碰撞振动系统为研究对象 ,利用Galerkin方法和 Lagrange方法建立含三次非线性项的系统自由运动微分方程 ,采用 Newton碰撞定律建立碰撞方程 ,用数值方法分析了不同的激励频率或幅值 ,不同的约束间隔等参数对系统碰撞振动长期响应的影响 ,并通过Poincaré截面揭示了系统动力学行为的演变过程。结果表明 ,系统长期响应的性质取决于上述参数的联合作用。在所分析的激励参数边界范围内 ,系统存在一系列的周期运动经多次倍周期分叉直至混沌的演化过程及其逆过程。     

一种基于天线虚拟运动的跳空扩频调制方法

为了加强无线通信物理层的传输安全,提出了一种基于天线虚拟运动的跳空扩频调制信号,采用天线的切换发射仿真天线运动,并且天线的切换方式由扩频码控制。利用天线开关函数产生的谐波分量构成一个空间扩频信号,这样发射的扩频信号不仅与发射信号使用的扩频码有关,而且与接收机相对于发射机的空间方位信息有关,是一种多天线跳空方式产生的扩频信号。最后给出了跳空扩频信号的频谱扩展性能、自相关性能、互相关性能、安全性能和多用户的通信性能,仿真结果表明跳空扩频信号为信息提供了一种更加安全的无线传输方法。     

基于气动辅助变轨的变气动外形飞行器概念研究--最优控制律问题

从一个天地往返飞行器的上升轨道和再入返回轨道的优化，以及适用不同飞行任务的变轨要求的气动外形问题，提出一项基于气动力辅助变轨的变气动外形飞行器的新概念研究。对于一个固定气动外形飞行器要同时满足上升轨道有效载荷最大和再入轨道热流峰值、过载峰值及机动性能约束下的成本最低往往是困难的。若同时满足不同飞行任务：飞往太空站的运输任务，空间拦截和交会机动巡航任务及星际探测任务，则更为困难，实际上是不可能的。文章研究基于气动力辅助变轨，在热流约束下，气动外形参数变化对最优控制的影响。其结论为：热流约束下的最优控制解，包括考虑推力协同变轨，除了在非约束弧的滚转角不直接受气动外形影响外，其余的控制律，升力系数和滚转角都是气动外形参数和攻角的函数。因而变气动外形可作为一项新技术，即通过气动外形参数变化和相应的变轨策略而获得性能和成本都最佳的用途很广的一种新型飞行器。     

An improved numerical method for constructing Halo/Lissajous orbits in a full solar system model

An improved numerical method that can construct Halo/Lissajous orbits in the vicinity of collinear libration points in a full solar system model is investigated. A full solar system gravitational model in the geocentric rotating coordinate system with a clear presentation of the angular velocity relative to the inertial coordinate system is proposed. An alternative way to determine patch points in the multiple shooting method is provided based on a dynamical analysis with Poincare′sections. By employing the new patch points and sequential quadratic programming, Halo orbits for L_1, L_2, and L_3 points as well as Lissajous orbits for L_1 and L_2 points in the EarthMoon system are generated with the proposed full solar system gravitational model to verify the effectiveness of the proposed method.     

单推力航天器交会对接轨迹规划及跟踪控制

针对单推力航天器交会对接问题,提出一种轨迹规划及跟踪算法。首先,考虑到追踪航天器只沿本体X轴安装推力器,且推力方向固定,为了实现从起始位置转移至期望位置并满足姿态要求,基于三维螺旋线设计两阶段转移轨迹,根据初末位置以及末端速度方向要求,求解螺旋线参数。该螺旋线可以保证在初末速度方向固定情况下,曲率积分最小。其次,为了降低轨迹跟踪难度并减小初始时刻的位置跟踪控制力,需要将转移轨迹初始速度与追踪星X轴重合。传统螺旋线无法满足该约束条件。本文对传统螺旋线进行改进,提出一种旋转螺旋线轨迹设计方法。通过引入姿态旋转矩阵,将螺旋线在三维空间旋转,在不改变曲线形状的前提下满足初末位置及速度方向要求。然后,为了跟踪转移轨迹以及跟踪期望推力方向,提出基于CLF（Control Lyapunov Function）的滑模控制策略,当追踪星X轴与期望推力方向夹角较大时,采用CLF,保证最优性;当姿态误差收敛至滑模面附近时,切换为滑模控制,以提升系统鲁棒性。最后,通过仿真验证旋转螺旋线相比于传统螺旋线的优势。     

Eliminating negative VTEC in global ionosphere maps using inequality-constrained least squares

Currently, ground-based Global Navigation Satellite System (GNSS) stations of the International GNSS Service (IGS) are distributed unevenly around the world. Most of them are located on the mainland, while only a small part of them are scattered on some islands in the oceans. As a consequence, many unreasonable zero values (in fact negative values) appear in Vertical Total Electron Content (VTEC) of European Space Agency (ESA) and Center for Orbit Determination in Europe (CODE) IONEX products, especially in 2008 and 2009 when the solar activities were rather quiet. To improve this situation, we directly implement non-negative physical constraints of ionosphere for global ionosphere maps (GIM) with spherical harmonic functions. Mathematically, we propose an inequality-constrained least squares method by imposing non-negative inequality constraints in the areas where negative VTEC values may occur to reconstruct GIM models. We then apply the new method to process the IGS data in 2008. The results have shown that the new algorithm efficiently eliminates the unwanted behavior of negative VTEC values, which could otherwise often be seen in the current CODE and ESA GIM products in both middle and high latitude areas of the Southern Hemisphere (45°S∼90°S) and the Northern Hemisphere (50°N∼90°N). About 64% of GPS receivers’ DCBs have been significantly improved. Finally, we compare the GIM results between with and without the inequality constraints, which has clearly shown that the GIM result with inequality constraints is significantly better than that without the inequality constraints. The inequality-constrained GIM result is also highly consistent with the final IGS products in terms of root mean squared (RMS) and mean VTEC.     

二维翼型非定常运动的涡流场显示--2俯仰运动和沉浮/俯仰联合运动

介绍了在水洞中进行的二维机翼纯俯仰运动和沉浮/俯仰联合运动时的流动显示实验.实验结果揭示了机翼做纯俯仰运动时尾迹涡街的特性以及与Strouhal数(Ste)的关系.在Ste=0.105附近,涡街排列成一条线;大于该值,为逆Karman涡街;小于该值,为正Karman涡街.机翼做沉浮/俯仰联合运动时,尾迹中总是出现逆Karman涡街.结合数值计算结果说明,机翼做沉浮/俯仰联合运动时,推力及最大有效迎角与沉浮和俯仰运动之间的相位差有关.并讨论了前缘涡与后缘涡相互作用对推力的影响.     

行星采样柔性机械臂运动规划研究

为适应行星表面较大范围的采样要求及系统减重的需求,采样机械臂通常是细长形臂杆加多关节组成的连杆型关节机械臂,这使得抑制柔性振动成为机械臂控制系统的研究重点。针对采样机械臂的工作过程,提出带抛物线过渡的平滑轨迹规划方法,即在运动过程中使加速度连续,避免关节转动的力矩突变,并且最大限度降低峰值。首先建立基于D-H法的机械臂运动学方程,然后在考虑臂杆及关节柔性的动力学模型环境下,进行变加速—匀速—变减速的笛卡尔空间加速度连续平滑轨迹规划运动,达到减小柔性臂振动、提高定位精度的目的。仿真结果表明,在运动规划中引入抛物线过渡的加速度连续环节、降低加速度冲击可以明显改善运动平稳性,对提高动态跟踪精度有直接作用。     

宇航员手持式高频冲击采样装置的设计研究

获取具有原态层理信息的月壤剖面样品是我国载人登月人工采样任务的重要目标之一。对比国外地外天体采样技术,提出了一种适合宇航员手持操作的高频冲击式采样装置。采样装置采用高频冲击作用下颗粒的单向运移原理,可保证样品的原态层理信息,降低了采样功耗,提高了取芯率;取芯机构表面的各向异性摩擦形貌增强了颗粒单向运移效果,提高了采样效率;改变冲击频率进行取芯试验,得到了冲击频率与表面形貌对取芯率的影响规律,为我国载人登月人工采样装置的设计研究提供技术参考。