无人机自主防撞关键技术与应用分析

无人机与有人机在多机种和不同合作程度下共享空域飞行是未来的发展趋势,防撞问题成为制约无人机飞出隔离空域的关键挑战。结合现有飞机防撞体系,从无人机防撞特殊性出发分析无人机自主防撞需求,提出无人机自主防撞系统的框架,归纳分析两大主要关键技术——感知探测技术和防撞算法,以及二者的不同应用范围和主要问题,在此基础上提出无人机自主防撞管理体系架构,总结探讨无人机自主防撞关键技术的发展趋势。     

海洋卫星AIS载荷设计与验证

为实现全球海洋船舶位置监视,用户在我国海洋系列卫星上配置了船舶自动识别系统（automatic identification system, AIS）。卫星AIS覆盖范围大,面临严重的信号碰撞问题,且AIS工作频段低,易受卫星平台低频干扰影响。用户及卫星总体要求AIS载荷提升对卫星电磁环境适应性以降低卫星AIS频段电磁环境净化代价,同时具备一定近海海域接收能力。在深入分析卫星电磁环境工况及近海AIS信号碰撞工况基础上,提出了AIS载荷阵列天线设计、抗卫星电磁干扰设计、低信噪比解调设计为主的针对性设计,相关设计已经通过海洋二号C卫星在轨验证,对其他卫星AIS载荷设计具有较好的参考意义。     

考虑避免碰撞的编队卫星自适应协同控制

基于势函数法研究具有模型不确定性的编队飞行卫星避免碰撞的自适应协同控制.势函数法的思想为设计碰撞区域势函数值较大,所设计的控制律使得系统势函数具有减小的趋势,从而实现避免碰撞的编队飞行任务.首先,在无外部参考轨迹的情况下,通过引入避免碰撞势函数,提出一种自适应协同控制器,编队卫星最终实现速度一致和避免碰撞.进一步,考虑已知外部参考轨迹的情形,基于新的势函数方法,设计新的自适应协同控制器,能够同时实现避免碰撞、速度一致、卫星跟踪参考轨迹的目的.对于所提出的两种控制方法,均通过合理地应用Lyapunov稳定性理论分析了闭环系统的稳定性.仿真结果表明了所设计控制方法的有效性.     

Assessment of space debris collisions against spacecraft with deorbit devices

Deorbit methods have been employed to remove space debris from orbit. One of these methods is to utilize atmospheric drag. In this method, a membrane loaded into the spacecraft is expanded to increase atmospheric drag. Although this method works without requiring fuel, it has the disadvantage of a high risk of collision with other debris owing to its larger area. Area-time product and energy-to-mass ratio have been used as indices to evaluate the risk of collisions between spacecraft and debris. However, the evaluation criteria were uncertain because these two indices are independent. In this paper, we propose a new evaluation index, single-sheet collision factor (SSCF), that comprehensively evaluates the collision risk based on experiments simulating debris collisions. As a result of the hypervelocity collision experiment, we found that the penetration-area mass of the spacecraft affects the severity of debris collisions. In this paper, the product of the exterior-wall thickness, the exterior-wall density, and the space debris cross-sectional area defines the penetration-area mass of the spacecraft. Furthermore, we compare and evaluate various deorbit methods using SSCF. The comparison showed that the penetration-area mass of the SSCF could be quantitatively determined for the debris-collision severity due to difference in structural materials of spacecraft. SSCF will be used to create rules for space-environment conservation with the expansion of the space-development market.     

风沙两相流动光学测量及图像处理技术研究进展

介绍了自风沙动力学诞生以来所使用的各类光学测量方法,阐述了各种方法的优缺点和适用范围,针对最新光学测量技术在近代风沙两相流研究中的重要作用,着重介绍了PIV、高速数字图像测量及其图像处理技术在风沙两相流中的应用,指出光学测量在时间和空间的解析能力上的持续增长将为沙粒微观力学解析和风沙流宏观统计规律获取提供充足的支持.     

连续短线段空间圆弧转接与插补

针对连续短线段高速加工控制需求,研究了利用空间圆弧转接实现高速插补的方法。建立了圆弧转接数学模型,研究了转接的几何约束和运动约束、转接参数计算、空间圆弧插补等相关理论与算法,并详细分析了算法的使用范围、效率制约因素和计算量等工程实现相关问题。仿真和加工实验表明:该转接算法能显著提高加工效率,减小振动,改善工件表面质量。作为空间圆弧转接算法基础的空间圆弧插补算法对空间任意平面内圆弧插补具有实用价值。本文所有算法已经在自主研发的数控平台上进行了验证,应用效果良好。     

人工制备冰雹的力学性能试验研究

人工制备的冰雹可用于多种航空附件冰撞测试。本文以ASTM F320—2010标准为基础,设计制作了多种冰雹,对冰雹的力学性能及影响冰雹力学性能的因素开展了研究。采用低温万能试验机对冰雹进行准静态试验,使用高速摄影技术深入分析冰雹破碎过程及特征,对比分析不同棉纤维种类、棉纤维特性和棉纤维含量下冰雹的力学性能。研究结果表明,含棉冰雹失效过程可分为3个阶段：线性增长阶段、屈服阶段和破碎阶段,失效过程中最大抗压强度出现在线性增长阶段末端。棉纤维的强度和弹性越好,冰雹破碎所需的加载力越大;棉纤维上附着的冰量越少,冰雹破碎所需的加载力越小。棉纤维含量增加可以加强棉纤维的连接作用,使含棉冰雹强度增加;但棉纤维含量到达15%时,继续增加棉纤维含量,冰雹抗压强度不会发生太大变化。亲水棉制成的冰雹抗压强度明显高于疏水棉制成的冰雹。研究结果可为中国民用大飞机适航符合性验证提供参考。     

高速列车车辆连接部位气动噪声数值模拟及降噪研究

采用大涡模拟与声类比相结合的方法,对高速列车车辆连接部位不同尺寸参数时的气动噪声进行了数值模拟,并提出降噪改进方案。研究得到了高速列车以300km/h速度运行时车辆连接部位的气动噪声分布,结果表明:车辆连接部位气动噪声在很宽的频带内存在,是宽频噪声;各监测点气动噪声频谱在低频时幅值较大,随着频率的增大先增大后减小,1/3倍频程A声压级主要集中在315～1000Hz频率范围内;车辆连接部位不同尺寸参数中,气动噪声声压级幅值随着凹槽长度L和高度H的增大而有所增加;采用全风挡方案较无风挡时,有效避免气流在凹槽内剧烈扰动,气动噪声显著改善,声压级平均降幅约为9.4%,总声压级平均降幅4.27dBA;研究结果为低噪高速列车的初期研制设计提供科学依据。     

民用机场快速出口滑行道位置优化

位置合理的快速出口滑行道可有效提高跑道容量。通过提出候选出口最优位置假设,证明了跑道快速出口位置是一个候选最优位置的自然有限集。介绍了不同机型跑道占有时间的计算方法,并以最小加权跑道占用时间为目标函数．建立了确定最优出口位置的数学模型。并针对该模型提出了基于时间多项式的动态规划算法,给出了快速出口滑行道的定位计算方法。以大连机场为例,计算得到了该机场快速出口滑行道的合理数量与位置.     

基于波碰撞法的机器人路径规划法

文章提出了在离散区域上,基于起始点和目标点相向传播波碰撞法的机器人路径规划法。设机器人作业环境为二维平面大小一定的矩形地形,机器人行走时仅限于作原地转向或直线行走。基于此开展路径规划的仿真研究,提出了搜索许可路径的算法。计算机模拟结果证实该算法可行、有效。