超燃冲压及TBCC组合循环发动机尾喷管设计方法研究进展

随着对远程、宽马赫数范围内高速飞行器的需求日益迫切,超燃冲压发动机(Scramjet)、甚至未来涡轮基组合循环发动机(Turbine Based Combined Cycle,TBCC)等已成为国内外研究的焦点。推进系统是高超声速飞行器能否实现宽马赫数范围内高效工作的关键,而非对称喷管(Single Expansion Ramp Nozzle,SERN)是其重要组成部分和关键技术之一。本文主要分析了远程、宽马赫数范围内高速飞行器对其发动机尾喷管的特殊要求,简要回顾了国内外相关的研究进展,重点介绍了本课题组针对超燃冲压及组合循环发动机尾喷管设计方法的主要工作和研究进展。结果表明:在大落压比下,不同的设计方法对非对称喷管的气动性能,特别是升力和俯仰力矩影响较大。最后对未来的研究进行了展望,旨在总结目前的相关研究进展,梳理关键科学与技术问题,为后续的研究工作提供参考。     

基于lipschitz非线性滑模观测器的卫星故障检测

航天器模型存在非线性问题, 但其小角度在轨运行时满足lipschitz条件,可以在这种情况下进行故障检测, 提高系统的安全性. 应用滑模非线性观测器, 针对多执行器设计了多通道故障检测观测器, 通过Lyapunov函数对其收敛性进行证明. 结果表明, 观测器不仅能够实现故障检测, 还能够实现故障的隔离, 并利用反证法进行了说明. 应用线性矩阵不等式, 给出了观测器参数的求解, 进而对卫星建模及仿真, 与线性化方法进行比对, 验证了算法的有效性.      

卫星定位和精度因子的改进方法

在卫星导航定位系统中,在精度因子计算和采用最小二乘法进行定位求解时,传统上采用测量矩阵直接求逆方法来进行.为了克服矩阵求逆带来的计算量大和数值稳定性差的不足,利用测量矩阵的对称正定性,提出了一种基于矩阵 UTDU 分解的定位解算和精度因子计算方法.改进方法具有严格的数学理论基础,保证了方法的正确性和有效性.数值分析结果表明,相对直接求逆的传统方法而言,在定位解算时,该方法能降低约 60%的运算量,而在精度因子计算中,约能降低36%的运算量.且改进方法能大大降低求解矩阵的条件数,提高了求解的数值稳定性.      

航天器中频段力学环境预示的混合线连接建模方法

针对航天器中频段的力学环境预示问题,提出了一种航天器结构混合线连接建模方法。首先应用波动理论推导了波数空间下的线连接动态刚度矩阵,然后通过构造线连接处的位移形函数,采用傅里叶变换技术建立混合线连接模型。提出了模态插值、三角波和Shannon小波三种形函数构造方法,并对三类形函数的优缺点进行了对比。典型结构的仿真结果表明,提出的混合线连接建模方法具有较好的预示精度,可应用于航天器结构的中频段的力学环境预示。     

地球-火星之间的往返轨迹全局一体化优化设计

针对多因素影响的地球-火星之间的星际往返轨迹优化设计问题,基于多体动力学运动模型,采用静态参数+动态优化的组合算法,进行了全局一体化优化设计,得到最优往返飞行方案,包括探测器从地球出发到火星的最优4-D飞行轨迹、从火星返回地球的最优4-D轨迹,分别离开地球与火星的时间、与星体的相对速度差等。最优飞行方案达到了在火星上探测时间足够长,往返飞行时间最短,所耗发动机燃料最少等目的。该研究结果对未来我国星际(如地球-各行星之间)最优往返飞行有一定的参考价值。     

基于IRS-P6的岷江上游裸地变化特征研究

以汶川地震干扰作用下岷江上游裸地变化特征为依据,选取岷江上游地形资料及2006年和2009年两个时期IRS-P6多光谱影像数据,通过对岷江上游地区裸地特征地类进行特征分析,在监督分类和聚类分析模块下提取出该区域裸地与非裸地范围,定量界定出岷江上游流域地震前后裸地变化范围。结果表明:岷江上游震前(2006年)裸地面积为2 196km2,震后(2009年)裸地面积为3 680km2,扩大了1 484km2;裸地分布高程从2 200m升高至2 800m,其面积增加较多区域主要集中在汶川县至茂县交界地带、理县的杂谷脑流域一带及黑水县部分区域,该区域亦是人口密度相对集中、地质灾害频发、生态环境相对薄弱的区域。该方法的实现为利用IRS-P6界定生境系统特征提供参考价值,也为环境脆弱性区综合评价分析提供技术支撑。     

火箭基组合循环发动机性能迭代算法研究

火箭基组合循环(简称RBCC)发动机性能分析模型的研究对于RBCC发动机结构的优化设计具有重要意义。本文结合RBCC发动机的结构特点和工作原理建立了RBCC发动机性能分析模型,并对RBCC发动机性能计算方法进行了研究。结合RBCC发动机引射模态和亚燃冲压模态的工作特点,通过迭代计算使进气道、混合段、燃烧室之间的参数耦合,实现了对RBCC发动机引射模态与亚燃冲压模态性能的快速分析。文章通过算例验证了算法的可行性,并通过与文献结果的对比验证了计算结果的可信度。     

基于STLS的卫星惯量矩阵在轨估计

提出了一种采用结构总体最小二乘（Structured total least squares, STLS）进行卫星惯量矩阵在轨估计的方法,与当前估计方法相比,该方法在考虑敏感器测量噪声时能获得一致估计。首先由动量守恒定律得到估计方程,针对该方程的特点定义了惯量矩阵的STLS估计,并使用结构总体最小范数（Structured total least norm, STLN）算法进行求解。证明了当噪声为高斯分布时该STLS估计为极大似然估计,给出了该STLS估计具有一致性的充分条件,仿真结果验证了文章所提估计方法的有效性。     

次对称三对角矩阵特征值反问题

文章讨论了由两个特征对构造次对称三对角矩阵的特征值反问题。结合次对称矩阵中属于不同特征值的特征向量的次正交性,研究了解的存在性以及存在解的充要条件,并给出了相应的算法及数值例子。