航天器编队飞行相对运动轨迹优化方法综述

针对航天器编队飞行过程中存在的轨迹优化问题,首先系统综述其多种相对运动动力学模型,分类比较模型的特点,并考虑航天器运动环境和不同求解方法阐述编队轨迹优化问题。在建立数学优化模型的基础上描述该问题的一般形式,提出了航天器编队飞行相对运动轨迹优化问题的难点。综述航天器编队飞行构建或重构任务中轨迹优化问题的求解方法,总结分析其优缺点,并介绍常用的数学求解工具。最后,提出值得深入研究的关键技术需求和航天器编队飞行未来发展的重要方向。

航天器相对运动的教学设计与思政实践

航天器相对运动研究两个及以上航天器在太空中相对彼此的运动特性,在空间交会对接和空间站建设运营等领域有着广泛的应用。相对运动的教学工作面临理论公式繁多、运动特性反直觉、思政案例难设计等挑战。课程负责人设计了“历史背景—基础理论—思想实验—课堂讨论—编程实践—工程案例”的教学流程和方法,并在其中穿插融入了人类交会对接成就史和月球采样返回的中国方案等思政案例。教学实践表明,该教学和思政设计能有效提升学生的学习成效,使得思想政治教育与专业知识教育相辅相成。

1999年中国台湾集集M_(W)7.6地震跨断层场地相对运动

为了获得近断层地震动准确的残余位移信息,提出了一种变步长网格搜索地震动基线校正方法。首先基于1999年我国台湾M_(W)7.6集集地震强震动数据,探讨了近断层地震动的位移特征,然后通过地震动时程初始时刻的校正获得了集集地震多组上、下盘台站之间的相对运动时程数据,分析了分别靠近断层上、下盘场地之间相对运动的位移时程特征。结果显示:近断层地震动的滑冲效应显著,断层的平均滑冲速度可高达1.4 m/s;断层两盘间的相对运动类似于近断层地震动的运动特征,且幅值更大;近断层的残余位移约是断层两盘间最大相对位移的80%.

HEO轨道卫星相对运动建模与编队构形设计

随着全球卫星组网编队飞行技术成熟应用,通过卫星之间基本运动方程进行相对运动求解,各种编队构型设计已经成为一种发展趋势.建立了基于相对轨道根数偏差的相对运动模型,理论推导了二阶近似条件下的适用于大偏心率椭圆轨道的相对运动方程,并进一步分析了二阶项的精度.在二体假设下,使用近地点真近点角差取代平近点角差作为编队构型设计输入,对多种不同初始轨道根数差条件下的典型编队构型进行了设计以及构型特征分析.对编队构型设计的正确性进行了仿真验证,并分析了从二体假设推广到含摄动情况的适用性,结果表明本文推导的椭圆轨道相对运动方程和编队构型设计正确有效.

应用相对运动原理巧解多天体动态观测问题探析——以日食、月食和水星凌日为例

动态天体视运动是指叠加了时间属性的天体观测,不再是单一考查某一时刻的天象,开始关注天体位置随时间的变化。难度更大的动态天体观测是探讨多个天体间相对位置的变化。日食是从太阳西缘开始、东缘结束,水星凌日是从太阳东缘开始、西缘结束,月食是从月球东缘开始、西缘结束,这三种天象的视运动方向不同与地心视角下的天体公转方向不同有关,采用相对运动原理结合视运动图示可以清晰直观地反映出来。

巧用“相对运动”解决动力学问题

随着高考风格的逐年变化,对动力学问题的情境分析,以及运算能力的要求也逐年提高.如何在有限的时间,提高做题的速度和准确率,是学生在物理复习时的重点和难点.在某些动力学问题中如果采用“相对运动”的解题方法,往往能够得到事半功倍的效果.

变质量非完整力学系统的相对运动动力学

本文得到变质量非完整力学系统相对运动动力学的两种类型的运动方程——Euler-Lagrange形式的方程和Appell形式的方程。

用非结构动网格方法模拟有相对运动的多体绕流

发展了用于模拟有相对运动的多体非定常绕流 ,并计算由流场决定的外弹道的数值方法。该方法采用非结构动网格 ,显式NND有限体积格式 ,求解非定常Euler方程 ,并耦合了刚体动力学方程。作为例证 ,计算了俯仰振动的NACA0 0 12翼型绕流 ,计算结果与实验及文献结果吻合。最后 ,整个策略用于计算二维机翼 外挂物分离流场 ,并确定了外挂物下落轨迹。

太阳帆日心悬浮轨道附近的相对运动

研究悬浮轨道附近的编队飞行问题,推导了悬浮轨道附近的相对运动方程．由于编队太阳帆之间的距离与帆到太阳的距离的比值为小量,将相对运动方程在悬浮轨道附近线性化,得到了线性化方程．基于该线性化方程,考虑了悬浮轨道附近的几种编队控制方法,只需通过调节太阳帆的姿态来进行简单的控制．其中包括一种被动编队控制策略,该控制策略具有实现简单、稳定区域大的特点,具有很好的工程应用前景．最后基于非线性方程对每种编队策略进行了数值仿真验证,数值结果表明该控制方法能实现编队．

相对运动速度对电刷镀镍镀层组织结构和性能的影响

采用新型的内孔电刷镀技术对失效的发动机缸套内表面进行了再制造。利用SEM,XRD,TEM,显微硬度计和CETR显微磨损试验机,考察了不同相对运动速度下电刷镀镍镀层的组织结构和性能,并与传统电镀Watts Ni进行了对比。结果表明:镍镀层均为面心立方结构,但电镀Watts Ni镀层表面粗糙,择优取向为(200)面,而应用电刷镀制备的镍镀层表面平整致密,无针孔、麻点等缺陷,择优取向为(111)面。随着相对运动速度从0.25m/s增加到1.00m/s,电刷镀层的(200)面择优取向逐渐降低,而(111)面择优取向逐渐增大;镀层的硬度由HV420增大到HV600,镀层的磨损失重由8.7mg降低到6mg。

摩擦过程中相对运动速度对声发射能量信号的影响

利用声发射技术研究摩擦需要了解摩擦过程中各个因素对于声发射信号的影响,为此研究了摩擦过程中相对运动速度与声发射能量信号的关系,研究结果表明:在正压力和摩擦条件基本不变的条件下,声发射能量信号随相对运动速度的增加而增加,声发射能量与摩擦面的磨损量之间存在一定关系,说明利用声发射技术可以分辨出相对运动速度对摩擦产生的影响,并且可以应用声发射能量这一参数检测、量化这种影响。

大椭圆轨道航天器编队飞行相对运动分析

大椭圆轨道航天器在较长轨道周期内运行于远地点上空,因而该轨道多应用于卫星通信、天体观测、空间磁场探测等。上述空间任务所需的多航天器协同运动理论亟待解决。利用运动学方法推导了大椭圆轨道编队的相对运动模型,简要证明了实现长期近距离编队的必要条件,分析了相对轨道根数对线性化模型精度及其动力学特性的影响。仿真结果表明,相对运动模型在轨道远地点处精度较高,适当选择相对轨道根数可设计出满足任务要求的编队轨道。

有相对运动多体动力学系统流动计算方法若干问题讨论

对应用非结构动网格技术数值模拟有相对运动多体动力学系统的流动现象时发现的若干问题进行了讨论。应用动网格技术求解均匀流场,验证了几何守恒律方程离散形式对流场计算精度的重要性,还发现格式时间精度越高、网格运动速度越接近声速,几何守恒律的作用越明显;采用类似于可控轨迹实验的准定常计算方法和非结构动网格技术,分别对超声速气流中物体运动的动力学过程进行了数值模拟,通过流场和运动特性比较和理论分析,指出准定常计算方法本质上无法反映非定常流动特征,即使时间步长趋向零也不会趋向于真解;还讨论了数值模拟非定常流动的双时间法,分析时间推进步长对解的影响,随着时间步长减小解的误差降低,但是这一方法与动网格技术结合解决多体分离问题有难度。

航天器相对运动与Hill解的适用性分析

研究了空间飞行器编队中最具基础性的问题之一 ,即相对运动的解析表达及 Hill方程的适用条件。通过建立相对运动的通解公式 ,针对不同性质的初值深入地分析了其相对运动轨迹的本质特征 ,并给出了 Hill方程的适用条件。此外 。

考虑J2项摄动的星座相对运动控制

利用轨道某些要素(偏心率,升交点赤经和倾角)的差别可以构成由一颗中心星和几个环绕星组成的近距离星座。在理想中心引力场下,环绕星运行轨迹在水平面投影可以呈现封闭圆形。在地球引力摄动时,这种空间形状将逐渐发散。为此,本文考虑J2项摄动的影响,设计了对其具有鲁棒性的环绕星相对轨道;进而导出了带有J2项摄动的环绕星相对运动方程,并给出了基于惯性笛卡尔坐标系运动学变量的相对轨道控制方法。分析和仿真结果表明,这种控制方法能够实现星座相对运动的高精度控制。

编队飞行星座相对运动的运动学描述与编队构型设计

分别以纬度幅角和平近点角、平纬度幅角及偏近点角为变量,推导了几种简单的编队飞行星座相对运动的运动学模型,这些模型和动力学模型(Hill方程)相一致,但更便于应用。并在此基础上,给出了当编队构型为空间圆形和星下点圆形时进行编队构型设计的一种运动学方法,该方法直接给出了星座中各星的轨道根数的计算方法,实例证明该方法简单实用。

台湾海峡两岸地壳相对运动分析

利用1995～2003年福建GPS测站与台北和桃园核心基准站资料,计算了福建GPS各测站与台北和桃园之间的边长及其相对变化,同时利用遗传算法计算了台北和桃园测点的主应变和方向角。计算结果表明,在1995～1997年和2001～2003年间台海两岸的地壳相对运动都处于拉张状态,但两期拉张的主应变大小和方向有较大变化,这种变化可能反映了1999年台湾集集7.6级地震前后应变积累与释放的过程。

刚体相对运动微分方程及其应用

导出了解析形式刚体定点相对转动的动力学微分方程,并应用方程的二维形式对水稻插秧机分插机构进行了分析。

铁路道岔尖基轨相对运动对轮载转移与分配的影响研究

基于铁路道岔尖轨和基本轨的空间相对位置及轨下基础布置方式,研究转辙器部件内轮轨接触的特点,提出考虑尖基轨相对运动的轮载转移位置确定方法,以12号单开道岔为例,研究尖基轨相对运动对轮轨垂向力转移和分配特性的影响。研究表明:尖轨和基本轨相对运动对轮载转移的位置和长度均有较大的影响,以车辆直逆向通过转辙器为例,其轮载转移的范围距尖轨尖端2.302.74m,轮载转移段长度为0.44m,不考虑尖基轨相对运动时,轮载在距尖轨尖端2.622.78m的区域完成转移,轮载转移段长度为0.16 m;轮载转移区域内,沿线路纵向,轮轨垂向力在尖轨和基本轨上的分配呈非线性的变化规律,其变化规律与钢轨外形、轮轨动力相互作用及车辆过岔方式等因素相关。

编队卫星相对运动描述方法综述

对于近地轨道卫星编队飞行的相对运动理论研究,可以采用的方法包括直角坐标法和轨道要素法。利用直角坐标法得到的相对运动动力学方程可以用于编队队形控制研究,轨道要素法能够给出相对运动的运动学描述,便于定量研究摄动影响和进行编队队形设计。分析了直角坐标法在描述卫星长期编队飞行方面的局限性,综述了利用轨道要素描述编队卫星相对运动的各种研究方法,包括轨道要素差法、相对轨道要素法和参照轨道要素法等。