Modeling solar proton access to geostationary spacecraft with geomagnetic cutoffs

Solar energetic particle (SEP) cutoffs at geosynchronous orbit are sensitive to moderate geomagnetic activity and undergo daily variations due to the day–night asymmetry of the magnetosphere. At geosynchronous orbit, cutoff rigidity also has a large directional dependence, with the highest cutoff rigidity corresponding to ions arriving from magnetic east and lowest cutoff rigidity corresponding to ions incident from the west. Consequently, during geomagnetically quiet periods, the SEP flux observed by an eastward facing particle detector is significantly lower than observed by a westward facing particle detector. During geomagnetically disturbed periods the cutoff is suppressed allowing SEPs access well inside of geosynchronous, so that the east–west SEP flux ratio approaches unity. Variations in the east–west SEP flux ratio observed by GOES Energetic Particle Sensors (EPS) have recently been reported by Rodriguez et al. (2010). In NOAA’s operational processing of EPS count rates into differential fluxes, the differential flux is treated as isotropic and flat over the energy width of the channel. To compare modeled SEP flux with GOES EPS observations, the anisotropy of the flux over the EPS energy range and field of view must be taken into account. A technique for making direct comparisons between GOES EPS observations and SEP flux modeled using numerically computed geomagnetic cutoffs is presented. Initial results from a comparison between modeled and observed flux during the 6–11 December 2006 SEP event are also presented. The modeled cutoffs reproduce the observed flux variations well but are in general too high.     

无人机伞降回收过程动力学建模与仿真

文章以无人机的降落伞回收系统为研究对象,通过对伞降回收过程中各阶段动力学特性的分析,推导了便于编程实现的矢量形式降落伞-飞行器二体系统动力学模型。在此基础上,给出了利用MAT-LAB环境的面向对象和并行计算特性搭建无人机回收过程蒙特卡罗仿真环境的一种实现方案。最后,根据仿真计算的结果对某无人机在不同条件下的回收安全性、落点散布特性等进行了计算分析,为后续总体设计方案的验证、改进和优化提供了参考依据。     

空间机器人抓取未知目标的质量特性参数辨识

根据动量守恒定理,研究了单臂自由飘浮空间机器人抓取未知目标的质量特性参数辨识问题。已有文献中基于动量守恒原理进行的参数辨识只适用于系统线动量和角动量为零的情况,当两者不为零时无法得到正确的辨识结果。为解决此问题,本文首先在惯性系而非本体系下推导得到了机械臂抓取未知目标后的系统线动量和角动量,保证了其各分量的守恒特性。然后基于此特性,通过在轨测量两个时刻机器人本体的线速度、角速度以及机械臂各关节的角速度和转角信息,建立了含有未知目标质量特性参数的动量增量方程。最后根据三组测量信息,从联立的动量增量方程组中求解得到未知目标的质量特性参数。数值仿真表明,此方法在系统线动量和角动量为零和不为零两种情况下都能实现高精度的参数辨识,同时还避免了方程求解的奇异问题。     

S形进气道/JT15D-4涡扇发动机地面实验与数值模拟

为进一步研究所设计的S形进气道与涡扇发动机共同工作时对发动机性能和稳定性的影响,制作了S形进气道1∶1玻璃钢模型,安装在小型涡扇发动机JT15D-4上,观察发动机在地面台架条件下的工作状态,并进行了相关数据的测量.利用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法进行同样条件下的进气道数值仿真计算.将计算结果与实验结果相比较,结果表明:两种方法得到的数据相吻合,一方面说明所设计的S形进气道与发动机匹配良好,能够保证发动机的正常运转;另一方面说明,CFD方法可用于进气道的设计验证.     

基于系统动力学的国际航空教育认证研究

为了改进和提高航空电子专业的教学质量,采用系统动力学方法,对国际航空教育认证机构专业认证的通用指标进行分析,获得指标间的因果关系,在此基础上,以总体产出为标准,分析现有专业课程设置的优势和不足,为该专业的发展以及航空专业认证标准的建立提供参考.     

气浮陀螺空气轴承涡流力矩的有限元分析

气浮陀螺K0项漂移精度的控制一直是陀螺研制中的难点,而空气轴承涡流力矩是影响陀螺K0项漂移精度最主要因素。因此,本文根据气浮陀螺研制中的实际问题,结合机加工中空气轴承出现的误差形式,建立了空气轴承制造误差对涡流力矩影响的数学模型,并采用有限元方法分析了空气轴承制造误差对涡流力矩的影响规律,得出了浮子圆度误差和窄缝装配误差是引起涡流力矩最主要因素,并通过空气轴承结构参数与涡流力矩的灵敏度分析,得到了径向平均间隙和窄缝平均间隙结构参数的最优值。针对上述研究结论,提出了控制陀螺涡流力矩的技术方法,并通过试验验证了本文理论计算结果的正确性。     

基于虚拟样机的多星分离仿真分析

在一箭多星发射任务中,卫星分离仿真分析较为复杂,分离后卫星的运动状态受多因素共同影响,包括弹簧弹力、爆炸螺栓冲击力、电连接器拔脱力、航天器质量特性、初始运动参数等,采用传统数值计算的方法难以求解。虚拟样机技术能够有效解决上述问题,通过虚拟样机技术完成卫星分离仿真分析,通过人为设置偏差及干扰,模拟偏差及故障模式下卫星分离过程,评估碰撞等危险发生的可能性。结果表明,系统偏差对分离结果的影响量可通过仿真来评估,在风险较大情况下需要采取弹簧筛选等措施;另外,电分离插头机械拔脱力作用时间短,造成的干扰一般情况下不会影响分离安全。     

箔片型红外面源诱饵扩散规律

目前红外面源诱饵已成为对抗红外成像制导导弹的重要方法。鉴于此,以箔片型红外面源诱饵为研究对象,利用计算流体力学（CFD）方法得到单个箔片和两平行箔片在不同迎角下的气动力系数。通过对箔片空中运动分析,特别是考虑到燃烧力作用的特殊性,将箔片的运动分为两个阶段：起燃阶段和完全燃烧阶段,并建立了两个阶段的运动模型。在单个箔片运动模型的基础上,设置上千个箔片初始姿态和旋转角速度的概率分布情况,同时对上千个箔片求解运动方程,即可得到整个红外面源诱饵的空间运动扩散规律。仿真结果表明：在高速运动平台上垂直向上发射红外面源诱饵,其扩散形状近似为前部稀疏后部密集的锥形云团;仿真得到的面源诱饵扩散尺寸和运动位置与实测数据吻合度较高,特别是面源诱饵在x轴方向扩散尺寸误差小于5%。     

鲁棒的结构网格自动化重叠方法

网格技术是目前数值模拟中的关键技术之一。重叠网格是一种放宽拓扑要求、减小网格生成难度的网格技术。本文以结构重叠网格为基础,分别针对挖洞、寻点以及洞面优化方法进行了研究和改进,同时完成物面网格重叠,形成了一套鲁棒的、自动化的网格重叠系统。在挖洞方面,结合“最小洞映射”方法,提出“复合式挖洞”方法,节省内存开销;在寻点方面,通过构建格心虚网格,保证搜索空间的连续性,同时结合“有效搜索”思想,排除部分对寻点无贡献的网格点,进而减少ADT叉树节点;在洞面优化上,改变填补判别法则并引入两类受保护洞内点,确保两层插值边界建立,提高鲁棒性;在物面网格重叠上,利用物面投影法完成坐标修正,实现物面附近网格流动变量的准确传递。为验证本文方法,分别对定常翼身组合体DLR-F6绕流和非定常机翼挂载分离过程进行了数值模拟,计算结果与实验结果吻合良好,表明该结构重叠网格系统对多物体间定常、非定常扰流具有较好的数值模拟能力和较高的模拟精度,具有较高的工程应用价值。     

集成火星进入弹道的开伞过程动力学特性研究

针对火星探测任务设计阶段的需求,提出集成再入弹道、开伞过程仿真一体化设计方法。首先,利用质点动力学模型,计算质点弹道,进行探测器进入过程的飞行轨迹仿真,获得开伞初始状态。其次,基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法,建立开伞过程的流固耦合（FSI）动力学模型,进行典型工况开伞过程数值模拟,分析开伞动压和马赫数对降落伞充气过程的影响。数值模拟开伞过程伞衣几何外形变化和降落伞的流固耦合动力学行为,得到开伞过载变化曲线、伞衣阻力面积变化等典型特征参数。计算结果表明,降落伞开伞动力学的数值仿真方法为火星再入、减速和着陆（EDL）过程的概念设计提供了一定的参考依据。