钝头型航天器再入通信黑障及对策研究

首先介绍了无线电波在等离子体环境中传播的基础理论,在此基础上分析和讨论了钝头型航天器再入时形成的等离子鞘套及相关通信黑障现象。从13个方面(包括近期和远期实现的可能性等)对多种减轻或消除黑障的设想和方法:包括高频、激光、高等效全向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power,EIRP)和品质因素(G/T值)、选择空气动力外形、亲电子材料、磁或电磁控制、中继等进行了全面的比较和评估。考虑到我国的空间基础设施和技术背景条件,利用中继法应是在近期可实现的工程技术解;而亲电子材料、磁或电磁控制法对解决各种等离子鞘套问题具有广阔的远期发展前景。文章的研究结果对我国今后的再入类航天器工程顶层构想具有参考意义。     

飞行器再入大气层通信黑障的消除方法

文章通过分析等离子体鞘层与电磁波的相互作用,考察了通信黑障的产生原理及其影响,详细介绍了各种通信黑障消除方法的基本原理及其优缺点,包括改变空气动力学形状、亲电子物质注入、磁开窗、引入交叉电磁场、提高发射功率和入射波频率以及采用Raman散射通信等,为进一步开展通信黑障消除方法的应用研究指明了方向。     

基于新型滑模控制方法的再入飞行器姿态控制律设计

设计了一种新型滑模控制方法,该方法不但能对已有的控制律进行鲁棒性改进,而且能有效抑制抖振现象。在该方法的设计过程中,首先基于已有的控制律和标称系统,设计了一种新型的动态滑模面,然后对超扭曲算法进行改进,得出了一种快速、连续且有限时间收敛的算法,并首次将其作为新型趋近律,该趋近律与滑模面相结合能够大大增强现有控制律的鲁棒性,而且滑模的切换律是连续的,因此大大降低了系统的抖振。将以上方法应用于再入飞行器的姿态跟踪控制中,有效增强了已有控制律的鲁棒性,实现了大干扰情况下对姿态系统的稳定控制。通过仿真,验证了该方法在提高系统鲁棒性和降低抖振方面的有效性。     

人工拉格朗日点附近的被动稳定飞行

利用太阳帆能在三体问题中实现人工拉格朗日点,人工拉格朗日点克服了经典拉格朗日点位置固定的缺点,研究人工拉格朗日点的被动控制对深空探测有重要的意义。理论上人工拉格朗日点都不稳定,研究表明在被动控制下存在某些人工拉格朗日点的稳定特性与稳定平衡点非常接近,在工程上可以认为稳定。被动控制可以通过设计太阳帆来实现,本文给出了被动稳定太阳帆的设计,在该设计下考虑轨道和姿态的耦合动力学方程。基于该耦合方程研究了人工拉格朗日点的稳定性。仿真结果表明被动太阳帆使得人工拉格朗日点稳定。     

基于矢量测量和UKBF的飞越小天体自主导航方法研究

以估计航天器和小天体在日心惯性系中的位置和速度为目的,提出了基于视线矢量测量的飞越小天体自主导航方法。该方法利用导航相机和激光高度计构建航天器到目标天体的视线矢量,同时为避免系统方程线性化和离散化所带来的模型误差,采用UKBF (Unscented Kalman\|Bucy Filter)算法对相应位置和速度进行估计。分析了导航系统的能观性,并以坦普尔一号为目标天体进行仿真验证,理论分析和仿真结果皆表明了方法的有效性和可行性。
     

基于NFTET的高超声速飞行器鲁棒轨迹重构设计

考虑高超声速飞行器故障下安全再入飞行问题,针对飞行器发生较大故障的情况,提出了基于相邻可行轨迹存在定理(Neighboring feasible trajectory existence theorem,NFTET)的鲁棒在线轨迹重构算法。在标称情况下基于反馈线性化预测校正制导算法生成满足各种约束条件的再入轨迹;由于NFTET只适用于发生较小故障的情况,为保证较大故障下飞行器仍能以较高精度安全着陆,基于NFTET理论设计了鲁棒轨迹重构算法,得到了较高落点精度的飞行轨迹。仿真结果表明,本文所提出算法能有效解决飞行器较大故障下的安全再入轨迹重构问题,提高了飞行器的自主容错能力。     

基于GM(1,1)分段组合的宽体货机预测模型研究

航空货运市场是全球航空运输市场的重要组成部分,与全球经济、贸易的发展息息相关。航空货运市场的发展趋势及需求直接影响到货机市场的发展趋势及货机行业的发展规划。而作为全球航空货运市场的运输载体,货机尤其是远程宽体货机对货物的国际间运输和交流起到了至关重要的作用。当前主流的预测方法为根据需求与供应的对应关系进行预测,预测过程相对复杂,预测的精度相对较高,不足之处在于预测工作周期较长,难以快速获得预测的结果。根据当前灰色系统理论,建立了宽体货机机队预测的灰色预测模型GM(1,1),并用分段组合的方式,较为精确地预测宽体货机未来机队的发展情况,预测较为快速,效率较高,能满足一般精度的预测需求。     

微纳聚合体卫星的对称式重构规划算法

为解决微纳聚合体卫星变构过程中,聚合体各部分之间的动力学耦合导致的卫星整体姿态翻转或紊乱,提出了一种对称式变构规划算法。首先建立了铰链约束下的漂浮基多刚体系统动力学模型,研究了重构过程中各运动模块对本体姿态的影响,提出当每两个运动模块位置与转动方向满足对称性条件时,两者对本体姿态的影响可在一定程度上相互抵消。基于上述理论,在A*算法中引入最优分配度量和对称性判定,设计了并行对称重构规划算法。仿真结果表明,该规划算法可实现重构过程中多模块并行、对称运动,重构过程总步数较少,运动模块对本体姿态的影响小。     

运动的核弹比静止的核弹威力小?——多普勒效应、红移、光行差和动体的质能当量关系

证明爱因斯坦立足于光速不变假设和长度收缩假设的洛伦茨变换未能正确地解释多普勒效应、红移和光行差现象;他也未能给出正确的动体的质能当量关系.作者立足于完全符合相对性原理的伽利略变换,成功地解决了上述问题.     

椭球台高杆灯风荷载的实验研究

通过风洞实验研究了多钝体高杆灯在不同水平风向角和竖向风向角下的力与力矩系数。实验结果表明在一定的风向角下，法向阻力系数Cdmax=1.030,法向弯曲力矩系数Cmmax=-0.940,轴向力系数Camax=0.504和Camin=-0．600。