快速空间响应航天运载器的发展

一、快速空间响应概念的提出与发展 快速空间响应是当今航天技术发展的重要方向之一.美国、俄罗斯等航天大国均已开展了大量的研究.2001年11月,在美国空军航天司令部公布的"作战快速响应空间运输任务需求声明"的报告中,对快速空间响应运载器的概念进行了定义,那就是满足快速响应性、机动性、可操作性、经济性、生存性、灵活性和协同性等7个方面的性能,即:     

谐振板式大型试件冲击谱模拟技术研究

通过对试验室现有谐振板冲击模拟装置的研究和分析,采用在谐振板的一端增加千斤顶的方法,设计出了较大试件的谐振板冲击谱模拟装置,并对该装置进行了一系列的研究和分析。文章利用一个夹具和配重共117kg的试件,对该装置进行试验调试,得出了两种满足常用冲击谱试验条件的结果。经研究表明,这种装置可用于150kg以下的大型试件的冲击谱模拟试验,具有一定的工程实用价值。     

基于自适应动态逆的自主飞艇速度控制系统设计

针对无人自主飞艇上升或下降的速度控制问题,提出了一种基于神经网络自适应动态 逆控制的飞行速度控制设计方法。基于自主飞艇浮力控制系统的配置状况,建立了飞艇飞行 速度的数学模型。引入速度控制系统的参考模型,并利用神经网络学习功能,获得非线性控 制系统的动态逆;通过引入速度误差的非线性补偿项,自适应补偿整个控制系统由于动态特 性变化引起的误差,克服包括参数摄动与外界扰动在内的各类不确定性因素的影响,实现飞 艇对期望速度的稳定跟踪。最后仿真结果表明,所提出的控制方案对无人自主飞艇的飞行速 度具有良好的控制效果,从而验证了控制系统设计的有效性。     

利用航天器分舱段振动试验数据获取整器响应的方法

未来大型组合体航天器振动试验可能难以在现有设备上进行,需要进行分舱考核。文章针对此问题开展了利用分舱段振动试验获取整器响应的方法研究。提出的方法为:根据不同界面下模态的映射关系,利用单舱段的振动试验数据辨识出舱段的两端固支模态;采用模态综合技术计算出整器组合体模态参数,拟合出结构的加速度响应传递函数;结合整器的加速度试验条件可以给出整器的试验响应曲线。仿真验证结果表明该方法合理可行,具有工程应用价值。     

复杂动态环境下无人飞行器动态避障近似最优轨迹规划

针对复杂动态环境下无人飞行器的动态障碍规避问题,基于合理假设建立了无人飞行器和动态障碍的运动学模型,并综合考虑无人飞行器飞行过程中的终端约束、控制输入约束、安全避障约束等,以能量最少为性能指标构建动态避障问题数学描述。之后,针对终端约束和控制输入约束,依据优化模型预测静态规划算法(OMPSP)生成初始轨迹;针对动态避障问题的不等式约束,引入松弛变量并结合滑模变结构控制方法设计松弛变量动力学,实现对一个、多个或同时多个动态障碍的安全规避;最后,依据有限时间微分动态规划(RHDDP)算法进行轨迹优化,获得满足上述各种约束并能规避动态障碍的近似最优轨迹。     

加权叠加结构滤波器组动态信道化结构研究

针对传统DFT多相结构滤波器组动态信道化结构要求系统过采样因子必须为整数,限制了参数设置的灵活性的问题,将灵活高效的加权叠加(WOLA)结构滤波器组引入动态信道化结构。通过公式推导得到WOLA综合滤波器组的实现结构,进而设计了基于WOLA结构滤波器组的动态信道化结构。仿真结果表明,设计的动态信道化结构解除了系统过采样因子必须为整数的限制,增强了参数设置的灵活性,同时与DFT多相结构滤波器组动态信道化结构相比,重构误差减小了一个量级,具有良好的重构特性。     

超微型高速空气轴承的动态特性

对微型转子（半径为1985mm）动态特性进行了数值模拟和实验研究。在数值模拟中,利用ANSYS对空气轴承 微转子系统进行了双向瞬态流固耦合研究;模拟了启动阶段转子在空气轴承调节下的运动过程。结果表明:转子的动态过程为一运动幅度逐渐减小的振荡过程,最后将稳定于某一平衡位置;在轴承供压越大时,转子运动幅度越大,且达到稳定所需时间更长。计算结果发现了轴承间隙宽度与轴承流量的正相关关系。在对应实验中,实验结果与模拟结果很好的相符。由数值模拟和实验研究,说明了在较大止推轴承供压下由于转子轴向运动幅度大,有更大发生碰撞的风险;而在70927Pa的供压下进行启动则更为合适。      

发动机可调尾喷管灵活性预测及其影响因素研究

为了能够利用尾喷管同步环推力测试实验评估其合格率,提出了可调尾喷管灵活性仿真预测方法,并利用动力学模型研究了零件表面加工精度和几何公差对其灵活性的影响规律。结果表明:随着表面粗糙度等级的降低,可调尾喷管调节片与密封片之间的摩擦阻力增大;在尺寸公差为(-0.1,+0.1),零件几何尺寸越大,调节片与密封片之间的摩擦阻力越大;在表面粗糙度为不大于Ra6.3条件下,基于基本尺寸和最小极限尺寸建立的动力学模型能够满足伸展和收缩过程动作响应灵活性要求(0.2s内)。因此,为了满足可调尾喷管伸展和收缩灵活性要求,其各零件公差应控制在下偏差范围内,并相应提高表面加工质量。     

带移动负载海上浮筒系统运动响应特性初步研究

将某类海上自动作业系统简化为带移动负载的浮筒系统,其中负载简化为外径为180mm、约50kg重的柱型体,浮筒为外径533mm的圆筒;初步设计了浮筒系统的主参数。在此基础上,采用频域数值模拟计算,获得了浮筒自由状态下的固有周期和运动响应传递函数(RAO);再采用时域模拟方法,预报了3级海况下(JONSWAP谱)浮筒系统整体的运动响应特性,给出了运动响应幅值、最小干舷高度等特性参数,可为相关装备设计提供技术参考和借鉴。     

改进型滑模变结构电机控制的脉振电流注入法研究

为了提高永磁同步电机无位置传感器技术的控制性能,在电机动态品质优化的研究中,以滑模变结构控制器替代传统的PI控制器,采用新型趋近律函数改进滑模控制器的输出模型,削弱了传统滑模控制存在的抖振,提高了控制系统的抗干扰能力。在分析无位置传感器技术时,引入高通谐振滤波器,采用具备以高信噪比为特点的两相静止坐标系下高频脉振电流注入法。仿真结果表明,在带高通谐振滤波器的高频脉振电流注入法中运用滑模变结构控制器,提高了转子位置估计的精度,增强了控制系统的鲁棒性。