一类碟型飞行器质量/推力矢量复合控制研究

推导了基于质量／推力矢量复合控制的一类碟型飞行器空间六自由度运动动力学方程。以纵向运动为例，对模型进行了合理简化，进行了稳定性分析和控制器设计．给出了某一特征点上质量控制、推力矢量控制、质量／推力矢量复合控制的仿真曲线．最后进行了纵向运动飞行仿真，给出纵向运动实际飞行轨迹和理想飞行轨迹的对比仿真曲线．证明了控制器设计的有效性。     

The Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer for the MESSENGER Mission

The Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer (MASCS) is one of seven science instruments onboard the MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging (MESSENGER) spacecraft en route to the planet Mercury. MASCS consists of a small Cassegrain telescope with 257-mm effective focal length and a 50-mm aperture that simultaneously feeds an UltraViolet and Visible Spectrometer (UVVS) and a Visible and InfraRed Spectrograph (VIRS). UVVS is a 125-mm focal length, scanning grating, Ebert-Fastie monochromator equipped with three photomultiplier tube detectors that cover far ultraviolet (115–180 nm), middle ultraviolet (160–320 nm), and visible (250–600 nm) wavelengths with an average 0.6-nm spectral resolution. It will measure altitude profiles of known species in order to determine the composition and structure of Mercury’s exosphere and its variability and will search for previously undetected exospheric species. VIRS is a 210-mm focal length, fixed concave grating spectrograph equipped with a beam splitter that simultaneously disperses the spectrum onto a 512-element silicon visible photodiode array (300–1050 nm) and a 256-element indium-gallium-arsenide infrared photodiode array 850–1,450 nm. It will obtain maps of surface reflectance spectra with a 5-nm resolution in the 300–1,450 nm wavelength range that will be used to investigate mineralogical composition on spatial scales of 5 km. UVVS will also observe the surface in the far and middle ultraviolet at a 10-km or smaller spatial scale. This paper summarizes the science rationale and measurement objectives for MASCS, discusses its detailed design and its calibration requirements, and briefly outlines observation strategies for its use during MESSENGER orbital operations around Mercury.     

基于网格自适应的飞行器防热材料热传导系数辨识

为准确辨识高超声速飞行器防热材料热传导系数,构造了针对热传导偏微分方程系统的约束泛函极值问题,基于表征多项式逼近性能的Weierstrass定理,采用Lagrange多项式对热传导系数进行参数化建模,进而将无穷维的约束泛函极值问题转化为有限维的非线性规划问题,再利用基于动态优化方程的优化方法将此非线性规划问题转化为常微分方程初值问题进行求解。为从较有限的测量数据中准确地“学习”热传导系数,建立采用“过拟合”判别准则的网格自适应迭代算法改善辨识精度。研究表明本文采用的辨识策略与优化方法有效,辨识结果可以较准确地反映材料热传导系数的变化规律。     

太阳能无人机能源系统的关键技术与发展趋势

作为探索临近空间领域的新兴飞行器,太阳能无人机（SUAV）在性能、技术及任务航时均呈现出不同于传统飞行器的新特点。其中,太阳能无人机能源系统的比能量、比功率是影响飞机整体性能的核心因素。因此,本文首先对太阳能无人机的太阳电池、储能电池的发展现状进行了阐述,然后针对能量获取多元化、能源系统管理高效化、能源载荷一体化方向对太阳能无人机能源系统的未来发展趋势进行了展望。     

无人机桨叶损伤的在线模型估计新方法

无人机在复杂高对抗环境中极易出现桨叶结构受损故障,造成无人机控制性能退化甚至失稳,给无人机带来灾难性后果。桨叶结构损伤条件下无人机动力学模型的在线估计与重建是保障无人机控制系统稳定的重要前提。由于桨叶损伤干扰隐含于无人机动力学模型的内部,可观测性较低,典型的干扰观测器难以实现对此类干扰的估计。提出了一种新型穿透型干扰观测器,通过构造穿透函数,将模型内部的干扰映射到一个新建的平行空间,实现了对桨叶损伤的估计和故障后无人机的建模,并给出了所设计穿透型干扰观测器的稳定性条件。以四旋翼无人机为应用对象,对桨叶损伤形成的干扰进行在线估计与量化,反演出桨叶随机出现的损伤,实现了桨叶损伤后无人机动力学模型的在线精细重建,解决了无人机桨叶损伤故障下力矩输入难以直接测量的问题。半物理仿真实验验证了所提方法的有效性。     

横程动态约束的预测-校正再入制导方法

针对大升阻比飞行器再入滑翔制导问题,基于预测-校正制导法,提出一种横程动态约束的侧向制导策略。利用再入过程中横程与剩余航程的近似线性关系,设计边界约束动态变化的横程走廊控制倾侧角反转。对大气密度和飞行器气动参数扰动引起的预测模型不确定性进行在线参数估计。以CAV-L高超声速飞行器为研究对象,进行再入制导仿真。结果表明,对不同航程的再入任务该制导法均能精确引导飞行器飞向目标,侧向制导倾侧角反转时机分布合理,反转次数少。Monte Carlo仿真校验了横程动态约束制导法对再入状态误差和过程扰动具有良好的自适应性和鲁棒性。     

运载火箭捷联惯组全自主对准技术应用研究

我国运载火箭发射前通常通过光学瞄准确定初始方位角,采用捷联惯组自对准解算获取水平姿态角。以可实现简易、快速发射的新型火箭为背景,在发射场阵风等干扰引起箭体低频微幅晃动的环境下,研究了捷联惯组自主对准技术。分析了运载火箭全自主对准的特点,利用以惯性系为参考基准的解析对准法和卡尔曼滤波精对准方法,对高精度全自主对准技术和其在运载火箭上的应用展开了详细论述。开展了全自主对准试验验证,结合新一代运载火箭首飞数据进行了分析。结果表明:捷联惯组全自主对准技术可替代复杂的光学瞄准系统,实现运载火箭发射前初始姿态的确定。     

固体运载火箭抗强电磁脉冲优化设计方法

本文分析了火箭在飞行过程中的强电磁脉冲(EMP)环境,建立了箭上敏感设备受强电磁脉冲干扰的优化设计模型,包括传导干扰及辐射干扰两种设计模型。针对起飞质量对火箭总体参数设计的制约问题,以最小质量增量为目标函数,采用模拟退火(SA)算法,对箭上典型电气系统抗强电磁脉冲防护进行优化设计研究,为箭上敏感设备抗强电磁脉冲指标与质量增量提供了平衡选取方法。优化结果表明,火箭在飞行过程中典型电气系统的抗强电磁脉冲性能指标达到要求的同时,实现了火箭质量增量最小的目标。     

研究飞行器弹性运动的耦合因子法

 飞行器弹性运动引起的广义力与所谓弹性运动的耦合因子有关,线性理论范围,存在弹性运动耦合的充要条件是在运动方程中含有耦合因子。     

航天器对接中接近至首次接触阶段的数值仿真

确定接触点问题是航天器对接过程中接近与接触阶段的仿真的关键问题。以内导向瓣异体同构周边式对接机构为例，给出了确定接触点的方法，建立了确定接触点的数学模型、接近与接触阶段两航天器的刚体运动方程，并对接近与接触阶段进行了数值仿真。仿真结果表明：所建立的数学模型和动力学方程是正确的。