人工平动点附近混合推进航天器编队滑模控制保持

针对近距离航天器编队在日地系人工L1点附近的飞行控制问题,提出一种将太阳帆推进技术与库仑力编队技术相结合的混合推进控制方法。通过控制从航天器太阳帆相对于主航天器的姿态角调整主从间光压力差,同时与主从间库仑力相配合,既解决仅依靠太阳帆控制而存在的欠驱动问题,又改善了库仑编队的可控性。以太阳帆圆形限制性三体问题(SSCRTBP)模型为基础,给出共线人工平动点位置的计算方法,并构造主航天器运行轨道;引入航天器间库仑力,推导出混合推进编队相对运动方程;设计了固定时间滑模控制策略,以从航天器太阳帆的2个姿态角和主从间电荷积为控制量,对编队构型进行控制,将其与LQR控制策略对比,仿真结果表明:固定时间滑模控制策略在控制精度、所需时间、能量消耗等方面均优于LQR控制策略。在时长3年的任务中,编队仅用23天就展开完毕,保持阶段基线相对误差小于1%,其他两轴误差在厘米量级,整个过程无工质消耗,对于今后开展长期深空探测任务具有重要意义。

高效多模式混合推进垂起无人机动力系统研究

针对现有商用工业级垂起无人机在面向新一代无人业务时的长垂直机动时间的研制需求,设计了一种起飞重量约20kg级的垂起无人机高效多模式混合推进动力系统,该系统以发动机、太阳能以及锂电池作为动力源,详细介绍了动力系统的开发方法及软件测控方式,通过一体化验证试验方法对动力系统进行了地面台架及试飞平台验证。试验结果表明,设计的动力系统能够满足中型商用垂起无人机功率及任务需求,能够提升传统垂起无人机垂直机动时间,具有较好的应用前景。

混合推进机制作战推演系统时空一致性研究

混合推进机制作战推演系统是标准的分布式系统,时空一致性是保障推演过程真实性和推演结果有效性的重要基础。描述了混合推进机制作战推演系统的组成及其面临的时空一致性问题,针对实时推进与逻辑推进混合可能引起的“时空基准转换错误”“分布数据解算错误”等时空不一致难题,提出了“信号控制、区域自理”的时间同步策略与“标准坐标+DR推算”的空间同步策略,实现了混合推进机制下的时空一致性控制。

固液混合推进石蜡燃料的性质及燃烧性能研究

石蜡燃料具有高退移速率和低成本的特性,是理想的固液混合推进剂燃料。为了研究不同石蜡燃料的性质对燃烧性能的影响规律,针对54#,58#,62#和66#4种粗晶石蜡和58#,60#,70#和90#4种微晶石蜡开展了粘度分析和TG-DSC热分析,并利用高速摄影法测试了8种石蜡在氧气流中的燃烧性能。研究结果表明:8种石蜡燃料的退移速率与氧气质量密流之间均满足幂函数关系,幂函数系数分别为0.0521±0.0012,0.0479±0.0008,0.0444±0.0010,0.0394±0.0007,0.0459±0.0009,0.0411±0.0008,0.0385±0.0011和0.0247±0.0007。石蜡的燃烧特性受粘度和熔点的影响很大,熔点越高,其退移速率越低;石蜡熔化液体的粘度越低,其退移速率越高。8种石蜡燃料的平均退移速率分别比HTPB燃料的退移速率高196%,171%,159%,141%,156%,146%,125%和48%。

混合推进系统喷水推进器与螺旋桨相互作用研究

通过求解雷诺时均的RANS方程数值模拟了单独喷水推进器和螺旋桨的流场,并用试验数据验证了数值计算的结果。在得到满意的结果之后,数值模拟了一台喷水推进器与两个螺旋桨混合推进系统的流场。通过流线和压力分布等研究混合推进系统流场特点。混合推进系统中,喷水推进器与螺旋桨的进、出流条件都发生了的改变,其中螺旋桨的改变较大。不同螺旋桨旋向计算结果表明,外旋桨有助于改善混合推进系统中喷水推进器的进流、提高整个推进系统的效率。数值计算和理论分析都表明,混合推进系统中,螺旋桨性能对流场的变化更敏感,在设计时应给予更多的关注。

基于现代混合推进技术的船舶节能

船舶节能的措施有多种,船舶混合动力推进系统是其中一个很有潜力的研究课题。文章主要介绍了混合推进装置的组成、排气热能回收系统以及热能回收系统的工作模式,阐述了船舶混合推进的发展现状,然后通过实例说明了混合推进带来的经济效益和节能效果,最后阐述了效率更高且实用的动力装置的发展方向。

载人火星任务混合推进轨道方案

以未来载人火星探测任务为背景,提出了混合推进的轨道方案,即行星中心轨道段采用脉冲推力变轨,行星际航行轨道段采用小推力变轨的策略。建立了日心段三自由度动力学模型,利用"能量等高线"图选取了几组典型脉冲往返轨道作为标称轨道:最小能量轨道、快速转移轨道和短期停留轨道。在此基础上设计了与之对应的行星际航行段小推力最优转移轨道,得到混合推进的轨道方案。最后通过与脉冲轨道的燃料消耗对比,分析了混合推进轨道方案的可行性。研究表明,此类方案较好地结合了脉冲变轨飞行时间短的优势和小推力变轨省燃料、任务灵活的优势。

甲烷-乙烷混合推进剂深度过冷技术的实验研究

针对甲烷采用液氮过冷可能发生甲烷冰堵风险,提出了在甲烷中添加乙烷,制备凝固温度更低的甲烷-乙烷混合推进剂的新方案,搭建实验系统测试了甲烷-乙烷凝固温度变化规律。研究发现,随着甲烷含量提高,混合推进剂凝固温度先降低后升高。当甲烷、乙烷比例为0.71∶0.29时,混合推进剂达到最低凝固温度,约73.0 K。当采用常压饱和液氮对混合推进剂过冷时,控制甲烷含量在0.52~0.81间可避免推进剂冻结。相较于常压饱和甲烷,防冻结区的混合推进剂密度提高了24.0%~38.4%,液相存在温区增大至35.7 K~40.5 K。此外,甲烷-乙烷混合推进剂具有理论比冲高、再生冷却性能佳、结焦与积碳小等优势。所提出的甲烷-乙烷混合推进剂在火星探测等任务中具有可观的应用前景。

喷水推进器与螺旋桨混合推进系统应用分析

结合南非海军3 500 t轻型护卫舰采用的喷水推进器和螺旋桨混合推进的典型案例,分析喷水推进器和螺旋桨混合推进的特点。说明喷水推进器和螺旋桨混合推进系统与柴油机、燃气轮机的联合使用可以有效发挥不同原动机和不同推进器的优点,使得这种推进方式既满足快速性,又满足经济性、隐身性和机动性多方面的要求。

混合推进渔船电站模拟试验系统

混合推进渔船电站包括两台柴油发机组和一台可逆轴带电机,搭建了缩比试验验证系统,进行了四工况转换试验,并验证了系统整体系能及控制策略。

含铝HTPB固液混合推进燃料燃烧性能研究

为了研究铝粒子对HTPB固液混合推进燃料退移速率的影响,采用透明燃烧室实验系统,开展了含不同粒径(平均粒径分别为100nm,500nm和50μm)、不同质量分数(5wt%,10wt%和15wt%)的铝粒子HTPB燃料退移速率测试和分析,获取了燃烧室压力为1MPa下的含铝HTPB燃料的瞬时退移速率随氧气质量密流变化的曲线。研究结果表明,随着氧气质量密流的增加,含铝HTPB燃料的退移速率增加;当氧气质量密流为250~375 kg/(m2·s)和铝粒子含量为5wt%时,平均粒径为500nm比平均粒径为100nm和50μm的含铝HTPB燃料退移速率高;当铝粒子平均粒径为500nm时,含铝HTPB燃料的退移速率随着铝粒子含量的增加而增加。

基于混合推进的地球同步悬浮轨道设计

为了满足特定任务对悬浮轨道航天器长期运行的需求,文章研究了基于太阳能电推进(SEP)和太阳帆混合动力的地球同步悬浮轨道的推进技术。首先推导了混合推进下太阳帆姿态角与SEP系统加速度之间的关系式;然后对其一阶最优性条件求解单变量极值问题,得到太阳帆姿态角的控制律以及SEP系统的加速度的极小值;最后进行了算例仿真。仿真结果显示,相对于仅采用太阳能电推进的航天器,采用混合推进策略运行一年,可以节省约57%的燃料。所设计的混合推进策略达到了节省燃料、提高航天器在轨寿命的目的,可以很好地实现现阶段地球同步悬浮轨道的要求。

混合推进最省燃料轨道设计方法

使用混合推进方式设计地-月圆型限制性三体模型下的最省燃料转移轨道。将化学发动机以及电推进发动机的燃料消耗总和作为目标函数进行优化,推导一阶必要条件和雅可比矩阵。选择从近地圆轨道出发到达地-月L1附近Halo轨道的转移轨道为例测试上述方法。仿真结果表明,相比发射脉冲固定的情况,混合推进方式进一步降低了燃料消耗,而且给出了飞行时间和燃料消耗不同的组合方式,给予任务设计更大的灵活性。

微纳卫星混合推进技术研究综述

首先介绍了微纳卫星混合推进系统的特点与优势,总结了星载混合推进技术的发展现状,并结合微纳卫星动力系统要求,指出了星载混合推进技术的发展趋势及存在的问题。然后在此基础上,从卫星工程应用的角度,重点综述了星载混合推进系统需攻克的主要关键技术,包括先进一体化制造、可靠低功耗多次点火启动、比冲提升、高效燃烧等,并分析了相应关键技术的解决途径和技术方向。最后,针对中国微纳卫星混合推进技术的发展提出了建议。

地球同步轨道卫星混合推进转移轨道特性分析

以地球同步轨道卫星转移轨道设计为背景,针对全化学推进燃料消耗大和全电推进转移时间长的问题,开展了化学-电混合推进转移轨道优化设计与特性分析。首先,讨论了轨道倾角和近地点幅角变化对混合推进转移轨道的影响。研究表明,在混合推进优化设计中需要将轨道倾角作为优化变量之一。然后,以近地点半径、远地点半径、轨道倾角为优化变量生成搜索网格,得到过渡轨道集。针对每条过渡轨道,构建化学推进转移段和电推进转移段。其中化学推进段采用单圈兰伯特转移解算,电推进段采用混合法优化。最后,以燃料消耗和转移时间为指标,在搜索域内开展解算分析,研究了混合推进轨道在整个搜索域内的变化趋势。该方法可以提供具有不同燃料消耗和转移时间的混合推进转移解集,拓宽了解空间,可供轨道设计人员根据任务约束灵活选用。

采用混合推进下的库仑卫星编队重构控制研究

提出以库仑力为主、电推进为辅助的混合推进,用以解决库仑卫星编队在碰撞规避过程中的重构控制问题,重构控制采用模糊最优二次型控制,最后通过仿真进行了验证。

一种游船多模混合推进动力系统设计

本文提出了一种游船多模混合推进动力系统,该系统以电力推进系统为基础,以柴电、锂离子电池、太阳能电池等作为动力源,具有噪音低、效率高、绿色环保等特点。文中对系统指标、系统方案、系统关键技术等进行了介绍,并分析了系统的可改进之处。

地球静止轨道混合推进三星库仑编队队形保持控制研究

研究了地球静止轨道处混合推进三星库仑编队队形保持控制问题.首先考虑未知有界相对摄动影响,建立了地球静止轨道处混合推进三星库仑编队动力学方程.然后基于相对运动解析解,设计了投影圆轨道旋转编队构型.最后采用滑模控制方法,设计了控制器并证明其稳定性,用饱和函数对控制器进行了改进,消除了抖振的影响.通过控制编队内部静电力和补充电推力实现对预设队形的保持.仿真结果表明,混合推进方案响应速度快,控制精度高,达到了控制要求.

基于现代混合推进技术的船舶节能

船舶节能的措施有多种,船舶混合动力推进系统是其中一个很有潜力的研究课题。本文主要介绍了混合推进装置的组成、排气热能回收系统以及热能回收系统的工作模式,阐述了船舶混合推进的发展现状,然后通过一个实例说明了混合推进带来的经济效益和节能效果,最后阐明了效率更高且实用的动力装置的发展方向。

9600 HP海洋油气增产作业船柴电混合推进系统设计

针对海洋油气增产作业船的作业特点和波斯湾海域的环境条件,采用柴电混合推进系统,分析系统组成和工作模式。通过利用其轴带发电和一机双桨的多种工作模式相结合的方式,提高海洋油气增产作业船作业时的灵活性和经济性。动力定位能力仿真分析表明,该柴电混合推进系统能满足船舶作业需求。