重力梯度力矩引起的自旋稳定卫星姿态摄动

建立了自旋稳定卫星姿态摄动的数值分析方法及模型,对重力梯度力矩作用下自旋卫星自旋轴相对于地心惯性系进动和章动以及赤经和赤纬的变化进行了仿真分析。对重力梯度力矩引起的自旋稳定卫星姿态摄动的演化规律进行了研究。指出在重力梯度力矩的作用下：自旋轴指向绕轨道面法线进动;章动角速度远小于进动角速度;轨道角速度越大,星体相对于地心惯性系的进动角速度和章动角速度越大,赤经和赤纬的变化率越大;自旋角速度越大,星体相对于地心惯性系的进动角速度和章动角速度越小,赤经和赤纬的变化率越小。

重力梯度力矩近似公式适用条件的探讨

教材中重力梯度力矩经典近似公式是基于常规尺寸空间结构推导的,如果直接应用于超大尺寸结构可能会导致精度不够、甚至错误的结果.以超大空间哑铃结构为研究对象,对比了基于重力梯度力矩非近似公式与经典近似公式得到的姿态动力学响应,指出了经典近似公式的局限性.通过提高重力梯度力矩中近似项的保留精度,提出了修正公式,并验证了该公式的适用性.所得结论是对重力梯度力矩教学内容的有益扩展,对工程应用也有帮助.

中间位置转向性能主客观评价

转向性能是保证车辆正常行驶的三大性能(加速、制动和转向)之一,一台车好不好开和转向性能的好坏有直接的关系。转向性能既有主观评价指标,也有客观测试指标,如何将这两者之间的关系连接起来是一个比较难的问题。目前大部分厂家将转向性能分为直线行驶性能、弯道行驶性能和转向干扰等几个方面。而客观测试指标有转向力、转向灵敏度、力矩梯度、转向力矩死区等指标。本文旨在提出转向直行行驶性能中主观评价指标和客观测试指标不仅仅是看高速行驶时的状态,更应该关注到各车速下的性能表现以及随车速的变化关系。

优秀散打运动员膝/肘关节等速测试与站位攻防技术分析

采用ISOMED2000等速系统检测优秀散打运动员膝、肘关节肌群的生物力学特征,分析优秀散打运动员站位攻防动作技术。在进攻训练中伸膝关节速度达到300°/s,能充分发挥运动员小腿伸肌群的爆发能力;采用300°/s的速度可以快速屈小腿,有利于运动员快速回防,为再次打击对方在时间上创造了条件;在站位时,膝关节角度保持157.3°~160.1°,小腿屈肌群离心爆发能力强,有利于运动员调整自身的身体姿势,避开对方的快速进攻。在进攻训练中应使肘关节速度达到300°/s,能充分发挥运动员前臂伸肌群的爆发能力。肘关节角度在81°~86°的范围,有利于运动员快速出拳,打击对方。以240°/s的速度屈肘,能充分发挥运动员前臂屈肌群的爆发能力,有利于运动员快速回防。在防守训练中,肘关节角度在78°~85°的范围内,对运动员快速回防,抵御对方快速、重拳的进攻是有利的;肘关节角度在128°~137°的范围内,可远距离隔挡对方,阻击对方的快速进攻。

不同等级散打运动员肘、膝关节肌群等速测试肌力特征研究

结合训练实践,运用ISOMED2000等速测试仪对我国男子散打主力队员膝、肘关节屈伸肌群肌力特征进行测试与分析。结论:不同等级散打运动员肘关节屈伸肌群等速向心、离心收缩、膝关节伸肌群等速离心收缩相对峰力矩值在60°/s、180°/s时具有显著性差异(P<0.05);膝关节屈伸肌群等速向心收缩、屈肌群离心收缩相对峰力矩值在各角速度下具有显著性差异(P<0.05);不同等级散打运动员肘、膝关节屈伸肌群等速向心收缩在300°/s、离心收缩在240°/s时达到力矩梯度最大值,且差异显著。说明基础力量、中快速力量及快速动作爆发力能较好地反映专项运动水平,相对峰力矩、力矩梯度数值越大,专项水平越高。

中年男性膝关节肌群的生物力学特征

目的:获得中年男性锻炼与不锻炼膝关节肌群的生物力学特征,为运动损伤的康复与预防提供理论依据。方法:采用德国ISOMED2000等速功能评定分析系统对中年男性膝关节屈伸肌群在不同速度下进行等速向心和离心测试。结果:等速向心和离心收缩时,非锻炼人群屈伸肌群肌肉力矩峰值、力矩梯度显著低于锻炼人群;向心收缩锻炼与非锻炼人群屈伸肌群力矩梯度均分别在膝关节角度为141°和128°左右达到最大;离心收缩屈伸肌群力矩梯度均分别在膝关节角度为151°和118°左右达到最大。结论:非锻炼人群肌肉收缩能力显著下降;屈伸肌群向心收缩膝关节角度分别在141°和128°有利于康复者完成训练任务与损伤后的恢复。

优秀散打运动员肘关节等速测试与攻防技术分析

采用德国ISOMED2000等速系统获得优秀散打运动员肘关节肌群的生物力学特征。肘关节速度达到300°/s，能充分发挥运动员前臂伸肌群的爆发能力。肘关节角度在159°-168°范围内，拳的运动速度达到最大，可有效打击对方；以240°/s的速度屈肘，能充分发挥运动员前臂屈肌群的爆发能力，可缩短动作时间，有利于运动员快速回防，为再次出拳打击对方创造条件。防守训练中，肘关节角度在71°～78°的范围内，可有效地保护自己，防御对方快速、重拳打击；肘关节角度在128°～137°的范围内，可远距离隔挡对方，抑制对方的快速进攻。

陕西省优秀跆拳道运动员膝关节屈伸肌群等速测试与研究

采用ISOMED2000获得陕西省优秀跆拳道运动员膝关节等速收缩的生物力学特征。右膝关节屈肌群等速离心收缩峰值力矩出现时的关节角度在152.81-159.33°之间,伸肌群等速离心收缩峰值力矩出现时的关节角度在113.01-108.61°之间。膝关节屈肌伸群向心收缩,速度在240°/s时相对力矩梯度达到最大,右膝屈肌群最大值29.62 N.m/s.kg,伸肌群最大值为51.42 N.m/s.kg。

陕西省优秀跆拳道运动员力量测试与分析

采用ISOMED2000获得陕西省优秀跆拳道运动员膝关节等速向心收缩的生物力学特征。跆拳道运动员右膝的力量与爆发力强于左膝,建议加强左膝屈伸肌群的力量练习与训练中的实战进攻训练;建议以300°/s伸小腿,可以发挥小腿伸肌群的爆发能力。

陕西省优秀跆拳道运动员髋关节屈伸肌群等速测试与研究

采用ISOMED2000获得陕西省优秀跆拳道运动员髋关节等速收缩的生物力学特征。右髋关节屈肌群等速离心收缩峰值力矩出现时的关节角度在133.7 140.2之间,伸肌群等速离心收缩峰值力矩出现时的关节角度在121.2 106.3之间;髋关节屈伸肌群向心收缩、离心收缩速度在240/s时相对力矩梯度达到最大。

优秀散打运动员髋关节屈伸肌群等速测试与研究

采用ISOMED2000获得陕西省优秀散打运动员髋关节等速收缩的生物力学特征。右髋关节屈肌群等速离心收缩峰值力矩出现时的关节角度在96.2°-105.3°之间,伸肌群等速离心收缩峰值力矩出现时的关节角度在104.7°-113.7°之间。髋关节屈伸肌群向心收缩,离心收缩速度在240°/s时相对力矩梯度达到最大。

空间太阳能电站的准对日定向姿态

针对空间太阳能电站的俯仰姿态运动,提出一种能追踪太阳运动的准对日定向(QSP)姿态方案。此方案的太阳能电池阵列在万有引力梯度力矩的作用下,始终在垂直于太阳光的方向附近作幅值约为18. 8°的振动,且几乎不需要姿态控制力矩。准对日定向姿态方案解决了大型太阳能电池阵列对日定向所需的巨大俯仰姿态控制力矩问题。准对日定向姿态的发电效率为对日定向姿态的97. 3%,对Abacus空间太阳能电站而言每年可节省燃料约36791 kg。通过数值方法得到了准对日定向姿态的精确初始条件。随后,设计了比例-微分控制器,保证了系统存在初始姿态误差的条件下收敛到准对日定向姿态。最后研究了轨道、姿态和结构振动对准对日定向姿态的影响,并发现准对日定向姿态下的结构振动幅值比对日定向姿态减小约40倍。

基于角动量管理的空间站惯量矩阵设计

控制力矩陀螺(CMG)角动量管理对空间站的姿态控制非常重要,针对两类典型姿态模式,即"和平"号空间站的"相对太阳定向模式"和国际空间站的"角动量管理模式",从角动量管理的角度研究姿态模式对空间站惯量矩阵设计的约束,结果表明:相对太阳定向模式期望三轴主惯量相差足够小,从而重力梯度力矩的影响较小;而角动量管理模式下的动态力矩平衡姿态则期望三轴主惯量相差足够大,从而可以产生足够的重力梯度力矩来平衡气动力矩的影响。

串联旋转关节空间机器人的动力学仿真系统

空间机器人由于基座可以自由运动,增加了自由度,其运动学和动力学模型比地面固定基座机器人要复杂得多,而且低轨航天器受重力梯度影响较大。首先推导了空间机器人的运动学方程,并采用拉格朗日方程建立了正动力学模型,然后基于牛顿-欧拉法推导了空间机器人的耦合动力学方程,给出了动力学非线性项的数值计算方法,还推导了空间机器人在轨运动时的重力梯度力矩。最后,针对一类串联旋转关节的空间机器人,采用模块化设计的思想建立了动力学仿真模型,利用所建仿真模型对空间机器人的操作任务进行数值仿真,分析了重力梯度力矩的影响,提出了减小这些影响的建议。

采用单轴双太阳帆板空间站的一种姿态定向模式

采用单轴双帆板供电和单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为执行机构的倾斜轨道空间站,当太阳方向与轨道面夹角较大时,帆板的光照条件不易保证,为此本文针对这种类型的空间站设计了一种姿态定向模式以保证帆板的光照条件,并通过在阴影区姿态机动,利用重力梯度力矩对SGCMG进行卸载。仿真结果表明,该姿态定向模式满足太阳帆板的光照条件,重力梯度力矩卸载方法保证了SGCMG中的角动量不超出给定的范围。

基于极点配置的空间站角动量管理

针对惯性系下引力梯度力矩及其他干扰力矩引起控制力矩陀螺(CMG)角动量积累的问题,采用引力梯度力矩来平衡姿态,设计了基于极点配置的空间站角动量管理控制器。首先在惯性系下建立了空间站线性化模型,并分析了俯仰轴方向在惯性系角动量管理的不可行性。由此,将俯仰轴与滚动/偏航轴解耦,不约束俯仰轴方向的CMG角动量,将常值、1倍和2倍于轨道频率的扰动纳入状态方程以抑制其对俯仰轴姿态的影响。在滚动/偏航轴方向将常值扰动纳入状态方程中以抑制其对CMG角动量的影响;将1倍、2倍于轨道频率的扰动纳入到状态方程中以抑制其对姿态的影响。然后采用带极点配置的线性二次型(LQR)算法求解出反馈增益矩阵,该算法可以避免选取权重矩阵,并且根据系统性能要求即能将闭环极点配置到复平面虚轴左侧指定的区域。最后仿真结果验证了该算法的可行性。

优秀散打运动员膝关节等速测试与站位进攻技术分析

采用德国ISOMED2000等速系统获得优秀散打运动员膝关节肌群的生物力学特征。建议在进攻训练中膝关节速度达到300°/s,能充分发挥运动员小腿伸肌群的爆发能力。膝关节角度在163°～171°范围内,脚的运动速度达到最大,可起到有效踢击对方的目的;采用300°/s的速度可以快速屈小腿,可缩短动作时间,有利于运动员快速回防,同时为再次打击对方在时间上创造了条件。站位中,膝关节角度保持在159°～167°之间,下肢肌群爆发能力强,有利于运动员调整自身的身体姿势,改变重心位置,避开对方的快速进攻,可有效的保护自己;同时为快速起动进攻创造了条件。

地球引力差异对地球卫星姿态稳定性的影响

在地球卫星轨道上,由于地球引力差异使地球卫星受到引力梯度力矩,所以对地球卫星姿态的稳定性产生一定影响.本文从万有引力定律出发,推出引力梯度力矩一般表达式和地球卫星小姿态角时的引力梯度力矩表达式,并得出地球卫星姿态稳定的条件.