编队飞行卫星群的轨道动力学特性与构形设计

编队飞行卫星群由一些相对距离近的小卫星组成 ,在严格的条件下 ,若干颗伴随卫星环绕一颗中心卫星作相对运动 ,相对轨道为有特别性质的椭圆。本文研究了编队飞行卫星群的轨道动力学特性 ,提出了编队飞行的轨道构形设计的原则和方法。

飞行器相对姿态运动的静力学、运动学和动力学方法

文章系统地研究了飞行器相对姿态运动描述问题 ,提出了求解相对姿态运动的静力学方法、运动学方法和动力学方法 ,特别是在动力学方法中 ,提出了飞行器相对姿态运动的角加速度合成定理。所得结果可作为飞行器相对姿态运动的分析和数值仿真的理论基础 。

近地卫星和星座离轨机动研究

空间碎片减缓的积极措施之一是要求近地卫星在使命完成以后进行离轨机动,然后依靠大气阻力作用使卫星在不到25年的时间内自行消失．对此,研究了离轨机动的代价与使命后寿命的关系,提出并解决了正问题和逆问题;介绍了计算卫星寿命的高效率方法．为近地轨道卫星的设计提供了处理离轨机动问题的实用方法．

一种高效的计算卫星轨道寿命的方法

关于在大气阻力作用下卫星生存寿命的估计 ,提出了一种高效的数值方法 ,称为微分 -积分法。它的实质是以轨道要素的平均变化率为基础的微分方程 ,而方程的右端包含定积分。与传统方法比较验证了此新方法的正确性 ,并且显示了它的极高效率。在诸如空间碎片减缓这种需要非常大量的计算卫星寿命的问题中 ,新方法的价值得到充分体现。

用于飞行仿真的二维紊流场的数字生成法

在飞行仿真的某些特殊情况(例如编队飞行、空中加油情况)下有必要生成二维紊流场,其中的紊流速度是两个坐标(例如沿飞行方向的x和沿翼展方向的y)的随机函数。在已有的一维紊流场生成技术的基础上,本文提出了一种简易而有效的生成二维紊流场,即在矩形网络上生成紊流速度序列的方法。经抽样检验,这样生成的紊流场的相关函数基本上符合紊流模型的相关特性,因而证实了该方法的可行性。还讨论了在飞行仿真中二维紊流生成器的两种运行方式——在线式和离线式。

飞船舱段应急分离过程的动力学分析和计算

在上升段大气层外当出现紧急情况时航天飞船的逃逸及随后的舱段应急分离过程是复杂的多个舱段的相对运动过程。针对这个过程,建立了舱段的相对轨迹运动和相对姿态运动的数学模型,包括动力学方程、运动学方程和几何关系方程,定义了对象组合体,强调了主体和客体的关系;并且按工程实际情况划分了飞行阶段。在数学模型以及对象定义和阶段划分的基础上建立了一个大规模的软件来进行全面的分析和仿真,并给出了典型工况下的结果示例。

航天器轨道设计中太阳照射条件的分析

研究航天器轨道设计中涉及太阳照射条件的若干问题。探讨了有关保障轨道平面太阳高度角与选择发射时刻的关系。对于太阳同步卫星,得到了在任意日期通过任意纬度的当地时间的一般公式,并且将它分解为独立的三部分,十分方便于设计和分析。此外还得到了任意两个日期和任意两个纬度的当地时间之间的关系。

飞机在变化风场中三维运动的数值仿真

本文在引入和定义了必要的坐标系和Euler角以后,推导了计及任意变化风场的飞机一般运动方程.所得的两组运动方程均适宜于在大气紊流和风切变中飞机三维飞行运动的数值仿真。还讨论了风梯度的气动力效应。

关于飞机纵向特征点和裕度的定义和物理意义的评述

本文阐述了新近通过的以国际标准为基础的我国航空工业标准《飞行动力学概念、量和符号》中规定的飞机纵向稳定性和操纵性的一些特征点和裕度的定义和物理意义.部分地推导了一些计算公式.为了使这些指标具有更明确的物理意义,更容易理解和容易计算或试验,本文提出了与现有标准在实质上一致而在形式上不同的定义,作为对今后制订相应的国家标准的建议.

四元数的核心矩阵及其在航天器姿态控制中的应用

基于旋转群代数 ,以航天器姿态控制研究为背景 ,提出了四元数的核心矩阵的概念。以此为中心 ,首先导出了核心矩阵本身、逆、行列式及其导数的若干关系式 ,然后应用核心矩阵得到了四元数姿态误差及其运动学关系的非常简洁的表示形式 ,最后利用核心矩阵证明了用缩减四元数为广义坐标和以常规 Euler角为广义坐标对描述航天器姿态动力学的等效性。研究结果可应用于航天器的快速。

基于模糊推理的卫星系统综合效能评估方法

卫星系统综合效能评估是开发、使用、优化卫星系统的基础。文章利用系统论原理建立了卫星系统综合效能评估指标体系结构 ,同时为评估指标的合理量化 。

多脉冲C-W交会的优化方法

在航天器的近距离交会中,常采用C-W交会的方法。本文发展了多脉冲C-W交会。建立了一般情况下的优化模型,并进行了分析。为了减少优化变量,提出了三种速度脉冲施加模式:切向、径向、变径向。提出了一种简单的误差修正方法:通过修正计算的目标位置而减小仿真误差。在实际算例中采用了遗传算法。针对多个初始状态,不同的脉冲次数进行了仿真计算,并与文献中的算法进行了对比,精度有了进一步的提高,结果证明优化模型是可行的,可以应用于多种情况。

基于预测脱靶量的远程拦截速度增益导引

针对拦截器使用耗尽关机固体燃料发动机的情况,设计了大气层外目标拦截的速度增益导引方法。导引律中根据Lambert导引确定指令推力方向初值,利用剩余速度增量信息,计算惯性速度增益下的预测脱靶量,使用Kepler轨道摄动方程计算消除脱靶量所需的速度增益修正,根据惯性速度增益和速度增益修正之和确定指令推力方向。给出了一种计及J2项引力摄动影响的滑行段弹道预测半解析方法,减少导引律运算量,降低导引方法误差;导引律中引入了剩余速度增量测量环节,增强了导引精度对推进系统参数的鲁棒性。与传统的通用能量管理(GEM)导引相比,采用该导引律拦截远程目标时指令推力方向平稳、变化范围小,脱靶量降低了两个数量级。

用蒙特卡罗法仿真生成三维空间大气紊流场

基于三维紊流场相关函数矩阵用蒙特卡罗法仿真生成三维空间大气紊流场 ,并用理论证明和紊流场数值检验的方法 ,证明这样的空间大气紊流场较好地符合所选用的大气紊流模型 (如 Dryden模型 ) ,且具有良好的均匀性和各向同性。三维空间大气紊流场可用于飞机飞行仿真 ,尤其是多架飞机在大气紊流中飞行的仿真 (如空中加油、编队飞行 )。

推力矢量控制与推力矢量喷管

叙述了推力矢量控制的分类、发展过程，说明了推力矢量控制的重要性，推力矢量控制是未来战斗机提高敏捷性和获得过失速机动的重要手段。介绍了目前世界上航空发达的国家推力矢量控制和推力矢量喷管的发展现状和趋势，采用推力矢量控制和推力矢量喷管后使飞机所获得的效益和面临的问题。

空间交会中脉冲变轨燃料消耗研究

导出了空间交会中多脉冲变轨的一般算法。在此基础上，重点研究了双脉冲变轨的燃料消耗情况，提出了双脉冲变轨条件下的“不可达点”及其附近的“高耗能区域”，并给出了相应的物理解释。最后对多脉冲变轨与双脉冲变轨进行了比较。

同一平面气动力辅助变轨的近似解及分析

采用格林函数法，给出了同一平面气动力辅助变轨飞行的３种过程约束（气动加热率、动压、升力约束）条件之间关系的近似定量描述形成的飞行包络线．由此求解了航天器同时受３种约束条件时，各种性能指标下的同一平面气动力辅助变轨轨迹的近似解及相应的最优控制规律．文中对近似解与控制规律的内部结构作了细致的分析，得到了一些有益的结论．

卫星星座的系统仿真研究

研究了对人造卫星星座进行系统仿真的方法．从轨道动力学的观点出发，提出了卫星星座系统仿真的概念和要求；建立了星座系统仿真的数学模型；讨论了星座系统仿真的软件实现方法；最后介绍了开发的一个星座系统仿真软件．

Walker星座的区域导航特性分析

基于反映定位精度的几何精度衰减因子 (GDOP)值 ,提出了一种评估导航性能的品质指标。研究了Walker星座的轨道构型参数 ,特别是卫星数目、轨道平面数、相对相位与轨道倾角对区域导航性能的影响。在轨道运动中考虑了地球扁率对卫星轨道的摄动。分析结果显示了星座轨道相对相位、轨道倾角等参数对星座区域导航品质指标的显著影响 ,导航品质指标比GDOP值能更直接地反映星座导航性能的好坏。