大范围运动柔性航天器的递推有限段法分析

采用有限段法对做大范围运动柔性航天器建模时,针对传统方法求解计算效率低的问题,提出将有限段法与空间算子代数理论结合的高效处理方法。首先采用有限段法对柔性部件进行离散,将系统构造成为带关节柔性的多刚体系统,然后采用空间算子代数理论建立递推动力学方程,保证了分段引入大量广义坐标的情况下计算量仅呈线性增长,很好地克服了分段后系统运算量急剧增长的问题。最后给出双柔性杆机械臂系统的仿真算例,分别采用空间算子代数算法(SOA)与牛顿欧拉法(NE)建模,数值仿真结果表明采用SOA法与NE法建模所得计算结果完全一致。对比两种方法计算时间表明,SOA法计算量与系统自由度呈线性关系,且远小于牛顿欧拉法,仿真结果证实了本文方法的可行性和有效性。     

弯曲变截面隔离段参数化设计与优化

为了提高弯曲变截面隔离段的气动性能,发展了基于几何融合的参数化设计与优化方法。为了丰富几何融合方法产生构型的种类,提出了基于几何长度的新型离散化方法。为满足偏置要求及灵活性要求,中心线设计时选用了B样条曲线。利用优化软件Isight内置全局算法,针对某隔离段,以弯曲隔离段出口的总压恢复系数为目标进行了优化求解。结果表明:优化构型相对于原始构型,在给定相同来流入口情况下总压恢复系数提高了12.3%。     

一种全天时星跟踪器相对惯导的安装阵在线快速估计方法

全天时星跟踪器与捷联惯导组成的惯性/天文组合导航系统具有精度高、自主性强等优点,在飞机、无人机、船舶等领域具有广泛的应用前景。组合导航系统长时间工作中力热变化导致安装矩阵漂移进而影响导航系统精度,全天时星跟踪器由于天空光影响视场小,一次只能观测一颗恒星,无法根据一副星图直接进行安装阵估计。提出了一种基于Levenberg-Marquart （L-M）算法的捷联惯性/天文组合导航系统安装阵在线快速高精度估计方法,利用捷联惯导姿态测量值,将不同时刻的观测星矢量转移到同一时刻同一坐标系中,构造多颗观测星的观测矢量误差与导航星矢量最小二乘目标函数,利用自适应步长的L-M算法对其进行迭代求解,实时得到系统安装矩阵的变化量。试验结果表明,使用该方法后星跟踪器在捷联惯导本体坐标系的输出恒星投影矢量精度提升了1倍以上,在线估计时间优于5 ms,满足用户实时性和高精度要求。     

超高强韧稀土镁合金直筒段锻造成形工艺

基于航天型号对超高强韧稀土镁合金构件产品的迫切需求,本文以航天器中的直筒段产品为研究对象,采用近等温锻造挤压成形工艺技术,开展VW84M高强韧稀土镁合金材料的锻造工艺性能研究,分析了直筒段的工艺结构特点,制定了直筒段的锻造成形工艺,通过三维建模、数值模拟技术和成形工艺试验,研究了直筒段的成形过程,分析了坯料的金属流动、温度变化特点,并通过成形工艺试验试制出锻件产品。结果表明,VW84M稀土镁合金在440 ℃的锻造温度时,在合适的挤压速度下具备良好的塑性成形性能,该材料具备实际工程应用能力;数值模拟得到的挤压载荷为64.72 MN,实际挤压载荷为60 MN,相差7.8 %,数值模拟结果与工程试验有较高的结合度;工艺试验得到的直筒锻产品,切、轴向力学性能指标优于预期,抗拉强度不小于340 MPa、屈服强度不小于210 MPa、延伸率不小于6 %的指标值。直筒段产品金属流线分布较为均匀,切向力学性能优于轴向。     

补燃循环发动机启动特性仿真研究

在建立动态数学模型的基础上,对某型高压补燃循环液体火箭发动机启动过程的动态特性进行了计算机仿真,得到发动机推进剂入口压力变化与阀门开关时序变化对发动机启动特性影响的规律。     

基于距离信息修正的自由段弹道预测法

雷达具有测距精度比测角精度高的特点,充分利用这种测量的不对称性,提出一种基于距离信息修正的自由段弹道预测法.该方法是在雷达观测的弹道导弹自由段运动数据的基础上,采用滑动窗口中点平滑法处理观测数据,再次利用距离信息对轨道根数进行动态微分修正,提高观测数据的利用率和弹道预测的精度.仿真试验表明,该方法明显优于基本椭圆弹道法,大大提高了弹道预测的精度.      

火星探测接近段的光学自主导航研究

目前光学自主导航技术已成为深空探测计划中的重点研究对象. 已有研究, 多侧重于光学自主导航技术在深空探测巡航段或是对小行星探测接近段中的应用, 而关于大行星探测接近段光学自主导航技术的研究比较少. 结合中国即将开展的火星探测计划, 研究了探测器在火星探测接近段中利用火星进行光学自主导航的整个过程, 提出了适用于接近段的动力学模型、光学观测模型及自主导航滤波算法. 通过对自主导航系统的可观测性分析, 证明了仅利用火星光学信息进行自主导航的可行性. 仿真计算结果表明, 在接近段, 整个光学自主导航的持续时间约为40h. 在自主导航的最后5h内, 滤波结果稳定, 探测器的总体位置误差在40km以内, 速度误差在0.25m·s-1以内. 计算结果的精度满足实际任务需求, 对中国火星探测计划具有直接的参考价值.      

基于阻力跟踪的火星大气进入段非线性预测制导律设计

针对火星探测任务大气进入段的高精度着陆问题,提出一种基于阻力跟踪的非线性预测制导策略。基于火星探测器大气进入段的三维运动模型,综合考虑探测器气动参数摄动、火星大气密度摄动、外部扰动以及进入时刻状态初值不确定性,设计了基于优化思想的非线性预测制导律,并对所提出的制导方法进行仿真验证。仿真结果表明:非线性预测制导律在满足控制约束的条件下可以获得较高的着陆精度。     

火星着陆器的大气进入段有限时间抗干扰制导律设计

考虑含有外部干扰影响下的火星着陆器的大气进入段制导律设计问题,提出一种基于阻力跟踪的复合制导策略。首先,根据火星着陆器的动力学模型,并结合阻力曲线定义,给出了含有外部干扰的阻力剖线动态方程;其次,为了保证系统有良好的抗干扰性能和较快的跟踪速度,基于阻力剖线动态方程,设计了有限时间反馈制导律;然后,为进一步提高系统的抗干扰能力,设计了干扰观测器,估计未知干扰,利用干扰估计值前馈补偿,最终形成复合制导律。最后,通过对比仿真验证了该方法的有效性和优越性。