使用变速控制力矩陀螺的航天器鲁棒自适应姿态跟踪控制

 研究以变速控制力矩陀螺群（VSCMGs）为执行机构的航天器姿态跟踪问题。采用四元数描述姿态, 在姿态误差的描述中引入了现时姿态与期望姿态之间的方向余弦矩阵。考虑执行机构模型参数不确定和有外干扰的情况, 姿态误差动力学方程为多输入多输出(MIMO)的非线性系统。基于Lyapunov理论设计了鲁棒自适应控制器, 运用光滑投影算法避免了估计参数陷入奇异。仿真结果表明, 设计的鲁棒自适应控制律明显地缩小了姿态跟踪误差, 很好地解决了外部环境干扰和执行机构由于安装误差或机械磨损造成的轴承方向未对准的问题。     

高超声速进气道等直隔离段的反压特性研究

为了研究高超声速进气道等直隔离段的反压特性,对均匀来流和有斜波入射(非均匀)情况下的等直隔离段内流场进行了数值分析。研究了不同来流马赫数下等直隔离段在不同反压作用下的流动特征,分析了激波串的变化规律以及激波串长度与反压的关系,明确了激波串名义长度与激波串长度的概念。结果表明,随着反压的增加,激波串起始位置前移、名义长度增加,计算值与Waltrup-Billig经验式吻合很好;激波串长度逐渐减小,并给出了激波串长度与反压比的拟合关系。当接近最大承受反压时,激波串由斜激波串逐渐变为正激波串,其对气流的压缩作用接近于正激波的压缩效果。当来流非均匀时,隔离段内形成不对称的单边激波串结构,且最大承受反压下无正激波串出现。     

采用变速控制力矩陀螺的一种姿态/能量一体化控制研究

本文研究采用变速控制力矩陀螺（VSCMG）的航天器姿态／能量一体化控制技术。首先建立了以变速控制力矩陀螺为执行机构的航天器姿态动力学模型，并给出了全局稳定的姿态反馈控制律。以控制力矩陀螺群的构型奇异量度为依据，分别考虑了VSCMG的控制力矩陀螺（CMG）工作模式和反作用飞轮（RW）工作模式。在陀螺群接近奇异时启用转子的反作用飞轮工作模式来补偿控制力矩陀螺采用鲁棒伪逆操纵律时所引起的力矩误差；在陀螺群远离奇异状态时，用控制力矩陀螺来补偿转子储能带来的干扰力矩。在姿态控制的同时利用转子的变速特性，完成按照给定的功率存储／释放能量，并在陀螺群远离奇异状态时对储能过程中转子的转速进行调节，以保持良好地动量包络外形。最后以某航天器的姿态控制为例，给出了数值仿真结果。     

卫星单元肼推进系统落压工作特性的数值仿真与试验

以风云三号(FY-3)卫星为研究对象,提出了一种卫星单元肼推进系统落压工作特性的数值仿真法。根据简化的推进系统物理模型,建立了贮箱、管路、自锁阀与过滤器,以及推力器的仿真数学模型。计算了四种不同工况下的落压工作特性。计算结果与FY-3卫星推进系统热试车试验数据的比较表明,两者相当吻合。由此验证了该数值仿真法的准确性和工程推广应用的可行性。     

神舟七号飞船气闸舱热试验方法

简要介绍了神舟七号出舱活动飞船气闸舱单舱热试验(包括热平衡试验和泄复压热试验)情况,分别给出了试验技术状态、试验工况、试验过程及典型的试验结果等,重点论述了舱段级热试验所采取的通风对流换热模拟、流体回路换热模拟、固体传热边界模拟的关键技术。将试验结果与飞行遥测数据进行了比对分析,两者一致性很好,表明所采取的热边界模拟方法合理正确,舱段级热试验获得了成功,达到了缩短研制周期、节约研制经费的预期目的。
     

工艺偏差对压阻式硅微压力传感器性能的影响

工艺实践表明,采用体硅湿法刻蚀工艺加工压阻式微型压力传感器时,敏感膜片会存在厚度偏差,电阻条偏离应力最大区域导致位置偏差,电阻条偏离期望的[110]晶向造成角向偏差.结合工艺实验并借助有限元法分析了上述几种主要工艺偏差对灵敏度、线性度等性能的影响.研究表明,2μm的厚度偏差会使灵敏度下降大约10%,线性度会明显下降;位置偏差会使敏感元件偏离应力最大区域而降低灵敏度:5°的电阻条角向偏差会使灵敏度下降大约3%.相关研究可为最大程度减小工艺偏差的影响提供参考依据.     

旋转反压与离心式压气机叶片相互作用数值模拟研究

由于旋转爆轰燃烧室具有自增压、热效率高的特点，将航空涡轮发动机的燃烧室替换为旋转爆轰燃烧室可进一步提高发动机性能。本文基于非稳态雷诺时均Navier-Stokes方法，采用k-ε湍流模型，针对旋转反压与离心式压气机叶片的相互作用开展三维数值模拟，研究旋转反压形成的前传压力波与扩压器及叶轮叶片的相互作用，分析旋转反压传播方向对前传压力波运动过程的影响。结果表明：旋转反压会在压气机内形成前传压力波，其与扩压器和叶轮的叶片相互作用，形成复杂的波系结构。当旋转反压传播方向与叶轮旋转方向相反时，前传压力波的压力峰值在扩压器内先下降后上升，在进入叶轮通道后迅速下降，无法到达叶轮入口。当旋转反压传播方向与叶轮旋转方向一致时，压力波波形发生明显变化，其与扩压器叶片相互碰撞导致强度明显下降，向上游传播距离更短。     

压剪联合载荷作用下复合材料壁板屈曲及后屈曲性能计算与优化方法研究

复合材料壁板被广泛用于航空航天结构,在外部复杂工况下壁板通常会受到面内压剪载荷的联合作用,其屈曲及后屈曲响应直接影响此类结构的极限承载能力。为此,基于改进的Koiter摄动理论,提出一种能够快速精确地开展复合材料壁板非线性屈曲分析的摄动有限元降阶方法,然后计算获得壁板的屈曲/后屈曲性能指标,即非线性屈曲载荷、后屈曲承载刚度以及承载刚度残余系数,最后将摄动降阶方法嵌套到复合材料铺层优化的分析流程中,获得压剪联合载荷下各种屈曲/后屈曲性能指标的最优铺层信息。数值算例验证了所提出方法的高效性和有效性。     

周期节流扰动下激波串振荡流动的数值模拟

基于动网格方法数值模拟并分析来流马赫数为6，二元进气道/隔离段构型在频率为50～500 Hz周期节流下的激波串振荡流动。结果表明：当节流比在0.2～0.32范围内周期变化时，隔离段出现与节流频率相同的激波串振荡现象。节流频率会影响激波串振荡幅度和壁面压强波动特性。50 Hz与100 Hz工况的激波串流向振幅相近，100～500 Hz范围内随频率增加，流向振幅从15.5 mm减小至10.8 mm。壁面压强随频率的变化规律更加复杂，以凹腔中部为界，其上游壁面压强时均值、均方差峰值整体随频率增加而降低，其中50 Hz工况唇口侧壁面压强均方差峰值可达21倍来流静压，但其下游壁面压强无明显规律。分析表明节流频率对激波串振荡的影响与节流扰动的传播时间相关，工程设计中需综合考虑构型与反压参数对激波串振荡的影响。     

连续变速颤振试验的自适应粒子滤波算法

连续变速颤振试验的采集信号通常为非平稳信号,其频率和幅值随时间变化,尤其在亚临界状态下, 变化程度十分剧烈。常用的非平稳信号时变参数建模分析方法,在信号非平稳程度较高的情况下难以对信号 的模态进行准确地分析和跟踪。为了解决这一问题,结合信号非平稳度量计算方法,提出一种改进的自适应粒 子滤波算法,并通过仿真实验数据对所提算法在高非平稳度情况下的跟踪性能进行验证。结果表明:与一般粒 子滤波算法相比,本文方法在高非平稳度情况下具有更高的跟踪精度。