基于排队模型的航天器环模设备负载能力分析

一般真空热试验对于空间环境模拟设备的占用时间长达7～30天。随着发射任务量的增加,试件排队等待进行试验的情况时有发生。文章针对这种情况,以一组中型环模设备为对象,统计分析了其近5年的试验任务量,结果显示：试件的到达间隔时间近似服从负指数分布,试验持续时间近似服从Gamma分布。基于此,建立了描述试件进行真空热试验的M/G/k排队模型,通过蒙特卡罗方法给出了不同试验持续时间分布、不同任务量下的平均排队长度、平均排队时间等关键指标,可为未来相应设备的建设与规划提供参考。     

基于IMU辅助的高动态GPS信号捕获算法

高动态环境存在较大的多普勒频移,传统的GPS信号捕获方法捕获时间较长。为了快速捕获到信号,提出将惯性测量单元(InertialMeasurementUnit,IMU)辅助与快速傅里叶变换(FFT)相结合的快速捕获算法。该算法通过外部IMU的位置、速度辅助,预先估算高动态载体产生的多普勒频移,缩小频率搜索范围;利用二维FFT方法同时搜索码相位和多普勒频率,降低计算复杂度,加快捕获速度。仿真结果表明该算法可以显著减少捕获时间,提高捕获性能。     

捷联惯组空间五点减振的振动耦合分析

针对某型光纤(FOG)捷联惯组(SINS)的轻量化设计要求,采用了空间五点减振的布局方案。基于弹性中心理论计算了空间五点减振系统的弹性中心和偏心量,在捷联惯组存在质心偏移的情况下,增设第五点减振器可以将减振系统的弹性中心和捷联惯组惯性测量系统质心之间的偏心量减少到1.42mm。从刚体动力学出发对振动耦合的解耦条件进行了讨论,指出捷联惯组在惯性主轴偏移的情况下,空间五点减振系统无法实现角振动的解耦,但是通过调整IMU结构布局的质心,或通过调整减振器的刚度比,都可以实现线振动和角振动的解耦。用有限元方法对上述两种解耦方案下捷联惯组的冲击响应进行了计算,仿真结果表明,调节质心和调整减振器刚度两种方法对于降低IMU振动耦合的效果均较为理想,由线冲击引起的角振动降低了约29~100倍。     

基于机器学习方法的三维粒子重构技术

通过三维粒子重构获取粒子场的分布情况是层析粒子图像测速的关键步骤,有限二维投影下的三维粒子重构是一个欠定的反问题,其精确解往往很难得到。一般情况下,可以通过优化方法得到近似解。为了获取质量更高的粒子场并用于层析粒子图像测速,提出了一种基于卷积神经网络（Convolutional Neural Networks,CNN）的粒子重构方法。所提出的技术可以从基于传统的代数重构技术（Algebraic Reconstruction Technique,ART）的方法所得到的粗略粒子分布中进一步提高粒子重构质量。与现有的基于ART的算法相比,新技术在重构质量方面有了显著的改进,可以有效剔除虚假粒子并更准确地还原粒子形状,并且在粒子浓度较稠密的情况下计算速度至少快了一个数量级。

     

湍流燃烧模拟中化学反应的加速算法研究进展

为研究湍流燃烧数值模拟中化学反应机理计算的加速方法,讨论了动态自适应化学（Dynamic Adaptive Chemistry,DAC）方法和Krylov子空间近似的指数格式的应用情况。在湍流火焰大涡模拟中,使用DAC简化可以加速化学反应计算。然而,在并行燃烧数值模拟中,处理器核心的负载极度不平衡,加速效果有限。而Krylov子空间近似的指数格式的加速效果可以作用于每个处理器核心,更有利于整体计算效率的提高。在同等精度下,相比于隐式格式耦合DAC和MTS加速方法,Krylov子空间近似的指数积分格式对化学反应计算的加速效果更为显著。

     

基于归一化神经网络的航天器自适应姿态跟踪控制

针对以变速控制力矩陀螺（VSCMGs）为姿态控制执行机构的航天器在同时考虑惯性参数和执行机构不确定性情况下的姿态跟踪控制问题,提出了一种基于归一化神经网络的自适应姿态跟踪控制方法。设计一个非线性反馈控制器作为航天器姿态控制的基本控制器,利用归一化神经网络设计补偿控制器,用以在线估计和消除包含系统不确定参数的未知不确定函数的影响,避免了标准自适应控制方法需要进行大量不确定参数估计的缺陷。采用神经网络输入归一化技术,简化了闭环系统复杂的稳定性分析过程。理论分析证明了闭环系统的稳定性和姿态跟踪误差的收敛性。仿真结果表明,所提出的控制方法能满足航天器在惯性参数和执行机构不确定性及外干扰存在情况下的高精度姿态跟踪控制要求。
     

Development of hall thruster propulsion system for STSAT-3 application

Science and technology satellite-3 (STSAT-3) is being developed and is scheduled for launch in 2011. One of the primary objectives of its mission is to verify the performance of a hall thruster propulsion system (HPS) that uses xenon gas. According to its major functions, the HPS can be divided into several sub-modules. This paper presents the development and qualification of the hall effect thruster propulsion subsystem that includes a xenon feed system (XFS). The xenon feed system regulates the pressure down from the xenon propellant tank and supplies the xenon flows to the anode and cathode. The technology and xenon feed system developed for the STSAT-3 spacecraft will also be applicable to a variety of future electronic propulsion systems and micro-satellites. Details related to the overall development and performance results of the HPS are presented in this paper.     

旋转抛物曲面测量中的测球半径补偿

利用激光跟踪仪进行曲面的三维测量时,需要进行反射球的半径补偿。本文针对某高精度旋转抛物曲面检测,分别利用点距法和等距面法进行了半径补偿。结果显示,两种办法均能有效地实现半径补偿,提高了检测精度。     

含Ti钎料钎焊碳纤维复合材料与钛合金的界面微观分析

采用几种钎料对碳纤维复合材料与钛合金进行真空钎焊,重点探讨了含Ti钎料钎焊碳纤维复合材料与钛合金连接界面的微观组织。研究表明,含Ti钎料润湿连接碳纤维复合材料与钛合金TC4的过程可分为五个阶段:钎料与母材的物理接触以及钎料的熔化;原子的扩散;反应层的生成;反应层沉积变厚,润湿复合材料;形成接头。研究结果对于碳纤维复合材料与钛合金的连接及在重要航天器中的应用具有重要参考价值。     

Equilibrium attitude and stability of a spacecraft on a stationary orbit around an asteroid

The stationary orbits around an asteroid, if exist, can be used for communication and navigation purposes just as around the Earth. The equilibrium attitude and stability of a rigid spacecraft on a stationary orbit around a uniformly-rotating asteroid are studied. The linearized equations of attitude motion are obtained under the small motion assumption. Then, the equilibrium attitude is determined in both cases of a general and a symmetrical spacecraft. Due to the higher-order inertia integrals of the spacecraft, the equilibrium attitude is slightly away from zero Euler angles. Then necessary conditions of stability of this conservative system are analyzed based on the linearized equations of motion. The effects of different parameters, including the harmonic coefficients C₂₀ and C₂₂ of the asteroid and higher-order inertia integrals of the spacecraft, on the stability are assessed and compared. Due to the significantly non-spherical shape and rapid rotation of the asteroid, the effects of the harmonic coefficients C₂₀ and C₂₂ are very significant, while effects of the third- and fourth-order inertia integrals of the spacecraft can be neglected. Considering a spacecraft on a stationary orbit around an example asteroid, we show that the classical stability domain predicted by the Beletskii–DeBra–Delp method on a circular orbit in a central gravity field is modified due to the non-spherical mass distribution of the asteroid. Our results are confirmed by a numerical simulation.