基于轨道动力学模型的分布式SAR卫星编队CDGPS相对定位

针对分布式SAR卫星编队星间基线的高精度确定问题,提出了基于轨道动力学模型的分布式SAR卫星编队CDGPS相对定位方法。根据CDGPS原理及基于轨道动力学模型的星间相对定位原理,在CDGPS测量的基础上,引入轨道动力学模型提供的先验约束信息,对长弧段的观测数据进行解算,克服了运动学逐点解算方法在观测几何较差或观测数据不足情况下无法应用的缺点。此方法能够有效抑制测量中的随机误差,提高相对定位精度,提供了一种可实现mm量级星间基线确定的技术途径。通过仿真计算验证了动力学方法的有效性。计算结果表明,动力学方法可以显著提高相对定位精度。相对于运动学方法,前者L_1固定解的精度提高了68%,而消电离层固定解的精度提高了95%。

不同车辆-轨道垂向动力学模型功率流传递特性研究

基于4种不同精细化程度的车辆-轨道垂向动力学模型,利用解析方法建立了形式统一的系统相邻部件间功率流传递函数,给出了车辆一系悬挂、二系悬挂、轮轨间以及钢轨和轨枕间的振动功率流传递特性,分析模型的精细化和弹性化对于各部件间功率流传递特征的影响。以精细化程度最高的模型为研究对象,讨论车辆悬挂参数和部件惯性参数的改变对部件间功率流传递特征的影响。结果表明,简单模型能够较为真实地模拟车辆低频传递特性,但对中、高频传递特性的表达与复杂精细模型相差较大;位于激励源附近位置的轮对和钢轨,在其固有频率附近的振动能量往往具有较强的传播性;簧下质量的变化对轨枕至道砟的传递特性的影响最为明显。

橡胶支座预制浮置板轨道静动力学研究

深圳地铁6号线设计采用双向预应力橡胶支座预制浮置板轨道,为解决轨道结构设计中所存在的预制板强度与系统减振效果两个核心技术问题,建立空间实体模型和车辆-轨道-桥梁耦合动力学模型。对预制板内部配筋进行检算,以保证结构安全;对系统动力学特性进行仿真模拟,以分析系统减振效果。研究结果表明:(1)预制板结构在复杂荷载作用下,能够满足承载力极限状态和正常使用极限状态设计要求;(2)在行车速度100 km/h条件下,橡胶支座预制浮置板板系统减振效果可达10~12 dB;(3)所采用的“静动结合”的检算方法,为深圳地铁6号线轨道设计提供理论支撑。

基于PPO2强化学习算法的空间站轨道预报方法

影响热层大气密度的因素较多且变化机理复杂,很难建立准确的大气模型,导致大气阻力摄动成为空间站轨道预报精度的主要影响因素之一。研究了基于PPO2强化学习算法的轨道预报方法,利用强化学习网络修正大气模型中的相关参数,提高了轨道预报精度。首先建立了空间站的轨道动力学模型,分析了大气模型参数的误差特性,设计了基于强化学习的轨道动力学模型修正方案。选择PPO2算法作为强化学习算法,设计了训练参量与强化学习网络模型,生成了PPO2算法的训练和测试样本,完成了仿真训练与测试。仿真结果表明,该方案能有效补偿大气密度模型不准确造成的轨道预报误差,提高空间站轨道预报的精度和效率。

车辆服役环境对高速列车轴箱轴承温度的影响分析

构建考虑轴箱表面散热及轴承内部传热的功率损耗模型,分析轴箱轴承在不同服役环境下的载荷;综合考虑轴箱表面空气流场对流换热的影响,建立精细化轴箱轴承温度模型,分析不同服役环境对轴箱轴承温度分布和温度特性的影响,并通过轴承试验台验证模型的有效性。研究结果表明:当车辆速度由220 km/h增至300 km/h时,轴承的总摩擦力矩增大11.4%;当车轮多边形阶数由16阶增加到22阶时,摩擦力矩平均增大2.8%;轴箱轴承最高温度出现在内圈与滚动体接触的区域,最低温度出现在轴上且接近环境温度;当车速由220 km/h增加到300 km/h时,轴承的最高温度上升9.2℃,各节点处温度均有一定程度增加,当车轮多边形阶数由16阶增加到22阶时,最高温度平均升高1.1%;当多边形深度幅值由10 dB增加到18 dB时,最高温度平均升高1.4%。

板式轨道动力特性分析及参数研究

运用车辆—轨道耦合动力学理论建立板式轨道和高速车辆垂向耦合动力学模型 ,其中轨道板采用弹性薄板模型。通过对板式轨道短波不平顺即焊接接头不平顺进行计算机仿真分析 ,研究高速铁路板式轨道的动力特性 。

基于“日-地-月”信息的卫星自主轨道确定

研究了基于“日 地 月”信息的卫星自主轨道确定的方法。非星食阶段 ,利用日地月测量信息 ,结合星上存储的日月星历确定卫星位置矢量 ,并以位置矢量为观测量 ,运用广义卡尔曼滤波实时确定卫星轨道。星食阶段 ,选择合适的轨道动力学模型进行轨道预报。通过数学仿真 ,验证了这种自主定轨方法的有效性。

三角平动点附近高阶解在轨道位置保持中的应用

首先给出三角平动点附近的高阶解析解,并计算了三种特殊的运动类型。以日–地+月系三角平动点附近无长周期运动分量的拟周期轨道作为目标轨道,探讨轨道保持问题。针对三角平动点任务的轨道保持问题,我们研究了两种轨道保持策略,分别为多点打靶轨道保持与重构目标轨道的策略。计算中,将轨道控制问题转化为非线性规划问题,并以优化方法求解。仿真表明优化方法在轨道保持问题求解方面非常有效。

U型梁上减振垫浮置板轨道系统动力分析

研究目的:深圳地铁6号线是首条全高架采用"U型梁+减振垫浮置板轨道"系统的地铁快线,为检验是否存在系统共振,考察行车安全性指标和桥梁结构振动情况,本文通过建立车-轨-桥耦合动力学模型,对系统固有频率以及车辆、轨道、桥梁动力特性进行研究,以期指导深圳地铁6号线桥梁、轨道结构设计实践。研究结论:(1) U型梁与减振垫浮置板轨道自振频率相差较大,二者发生低阶共振的可能性较小;(2) U型梁上采用减振垫浮置板轨道以后,行车安全性指标、轨道及桥梁动力学指标均满足规范要求;(3)减振垫浮置板轨道系统可降低桥梁结构振动5～8 d B;(4)本文所采用的系统动力检算方法,既验证了"U型梁+减振垫浮置板轨道"设计方案的合理性,同时也对国内地铁高架线减振设计具有一定的指导意义。

基于车轨耦合的重载铁路曲线超高计算方法

外轨超高是保障行车安全性和稳定性的重要因素。合理地曲线超高值有利于改善轮轨相互作用关系,减缓钢轨磨损。为探究重载铁路不同半径条件下外轨超高合理取值范围。通过建立重载三车-轨道耦合动力学模型,从列车行车性能和钢轨磨耗的角度出发,对比基于平面假定的外轨超高计算方法和基于车轨耦合的外轨超高计算方法,探讨不同工况下合理地超高设置范围。结果表明:外轨轮轨力、脱轨系数均随未平衡超高的增大而增大,内轨呈相反趋势,内外轨轮重减载率均呈先减小后增大趋势;轮轨相互作用力、行车安全性指标、行车稳定性指标及钢轨磨耗功率普遍随半径的减小而增大;小半径曲线钢轨外轨磨耗随行车速度和未平衡超高增大显著增大;综合考虑钢轨磨耗及行车安全,建议将小半径曲线外轨欠超高控制在 0~20 mm 范围内。

轨枕空吊对桥上有砟轨道结构动力响应的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,将轨枕下部的有砟轨道考虑为弹簧-阻尼系统,假设该弹簧-阻尼系统失效来模拟轨枕空吊状态,建立含轨枕空吊的有砟轨道-桥梁耦合模型.采用Newmark直接积分法求解车辆-轨道-桥梁耦合动力学方程,计算列车通过时轨枕正常状态和空吊状态下轨道结构的位移和加速度,同时对空吊轨枕出现的数量及纵向分布位置对轨道结构动力特性的影响进行分析.对轨枕无空吊状态、单根空吊状态、连续2根空吊和间隔2根轨枕空吊4种工况下轨道结构的动力响应进行分析.研究结果表明:连续2根轨枕空吊影响下轨道响应显著大于其他3种工况,间隔2根轨枕空吊的影响略大于单根轨枕空吊的影响,但差别较小;轨枕空吊对有砟轨道结构动力影响范围沿轨道纵向不超过2跨轨枕间距;随着列车运行速度的增加,轨枕空吊影响下轨道结构位移变化较小,加速度则明显加大,基本呈线性增长.

P2共振型波磨激励下轮轨垂向动力学响应研究

为分析小半径曲线上P2共振型波磨激励下轮轨垂向动力学响应,于时域内建立车辆-轨道耦合动力学模型。在69 Hz的P2共振型波磨激励下,将车辆通过速度、波磨波长、波深等参数的变化考虑在内,模拟线路中不同工况对轮轨垂向动力学响应的影响。结果表明:在波深为0.2 mm时,随着车辆运行速度和波磨波长变化,轮对垂向动力学响应均在69 Hz达到最大值,说明与其他波磨通过频率相比,P2共振型波磨对轮对垂向响应影响最大;与无钢轨波磨工况相比,钢轨波磨工况的轮轨垂向动力响应均明显提高,且响应频率与波磨通过频率吻合;随着波磨波深的增加,轮轨间动力学响应加剧,这与现场实际情况和以往研究结论相符。

基于轴箱振动与动力学模型驱动的高速列车车轮失圆状态识别方法

针对高速列车车轮失圆识别难以兼顾效率与精度问题,提出一种基于轴箱振动与动力学模型的高速列车车轮失圆状态智能识别方法。首先,利用静态检测设备采集车轮非圆原始数据,提出一种数据增强技术构建车轮非圆增强数据集。其次,将增强数据集输入至高速列车车辆—轨道耦合动力学模型,获取车轮不同失圆状态下轴箱振动样本集。最后,通过构建恰当结构与配置参数的一维卷积神经网络(1-dimensional convolutional neural network,1-DCNN),可对轴箱振动信号进行自适应特征提取,实现对车轮失圆状态的智能识别分类。结果表明:提出的车轮失圆状态智能识别方法能实现正常车轮、多边形车轮、擦伤车轮、随机非圆化车轮与局部缺陷车轮5类车轮失圆状态的智能分类,准确率达99.2%(标准差为0.05),且单个样本平均识别耗时为0.4 ms。结合现场试验,所提方法对实测轴箱振动具有较好识别能力,测试精度为95%。与经典的SVM和BP神经网络相比,1-DCNN模型具有更高的识别准确度。

时速400 km高速铁路钢轨不平顺合理限值

考虑轮对和轨道弹性建立车辆-轨道耦合动力学模型,计算分析了不同车辆运行速度下不平顺波长和幅值对轮轨垂向力和轮重减载率的影响。结果表明:车辆通过钢轨不平顺区段时轮对呈抬升-下降-回弹变化,轮轨垂向力出现多个极值。轮轨力和轮重减载率随车辆速度和钢轨不平顺幅值的增大而增大,随不平顺波长的增大而减小;钢轨不平顺幅值超过0.2 mm,不平顺波长小于0.3 m时,轮轨垂向力和轮重减载率随不平顺波长减小或不平顺幅值增大而迅速增大,接近安全限值。根据轮轨垂向力和轮重减载率的限值要求,建议400 km/h条件下钢轨不平顺幅值的限值取0.2 mm,重点关注波长小于0.3 m的短波不平顺。

关于X射线脉冲星导航的轨道力学问题

X射线脉冲星导航是以脉冲星辐射的X射线信号作为信息输入,经过相应的信号和数据处理,为近地轨道、深空和星际空间飞行的航天器提供高精度的位置、速度、时间和姿态等导航信息的实现过程.本文在概述X射线脉冲星导航概念和原理的基础上,重点研究利用X射线脉冲星导航的航天器轨道力学模型以及时钟系统状态方程.并通过数值分析试验,定量分析基于X射线脉冲星的导航卫星轨道确定与时间同步的可行性,初步论证X射线脉冲星导航与航天器轨道力学模型的基本关系.

基于钢轨波磨特征的车辆运行安全性评估及轮轨力预测

针对北京地铁6号线梯形轨枕直线段轨道上出现的钢轨波磨现象,通过Matlab编程建立了车辆-轨道耦合动力学垂向模型,以钢轨波磨特征及轨道垂向不平顺作为系统激励,从轮轨间作用力出发,基于线路实测数据分析和数值仿真研究相结合的方法,从时域和频域2个方面分析了不同波磨特征对轮轨垂向力的影响,以轮轨垂向力安全限值作为评判指标进行了车辆运行安全性评估。研究结果表明:轮轨垂向力随着波深的增大而增大,随着波长的增大而缓慢减小。利用BP神经网络搭建了波长、波深和轮轨垂向力间的关系,训练得到了轮轨力预测模型,该模型可以通过波磨特征准确预测轮轨垂向力幅值,与目前现有的检查手段相结合,能够为更好地指导轨道维修提供理论依据。

高速车轮非圆化现象及其对轮轨行为的影响

对高速车轮非圆化进行跟踪检测并对非圆化的形态进行机理分析。利用SIMPACK软件建立可以考虑真实车轮非圆化状态的车辆系统动力学模型,并结合实测高速车轮非圆化状态,计算分析几种典型高速车轮非圆化形态对轮轨行为的影响,从轮轨蠕化特性上阐述高速车轮非圆化的发展机理。仿真结果分析表明,车轮径跳相似的不同阶次非圆化形态对高速轮轨力的影响较大。高阶车轮非圆化对轮轨垂向动力学特性影响较大,其轮轨冲击造成的车轮周向材料非均匀硬化是导致这种非圆化形式迅速发展的主要原因。车轮周向局部缺陷通常会引起较大的轮轨冲击载荷与轮对振动加速度,形成较大的轮轨蠕滑力及磨耗功峰值,且在车轮半径较小部位具有较大的磨耗功,将加快非圆化发展。

动车组车轮多边形磨耗发展历程模拟及车轮粗糙度的影响

将车辆/轨道耦合动力学模型与Archard磨耗模型相结合,建立长期磨损迭代模型,用以模拟动车组运行时车轮多边形的整个发展历程。模拟动车组以速度为250、300 km/h运行时车轮多边形的发展历程,结果与实际情况吻合,验证了模型的正确性。使用频率计算公式得出车轮多边形激励频率约为580 Hz,说明在轮对与钢轨之间存在一个固定的振动频率,这个振动频率促进了车轮多边形的产生和发展。对比分析车轮粗糙度对车轮多边形的影响,结果表明,提高镟修质量可以减缓多边形的增长速度。

钢轨焊接接头最危险应力确定

采用了车辆 -轨道耦合动力学模型进行焊接接头轮轨动力计算 ,建立了钢轨外形尺寸模型 .结合线路实际条件 ,以此作为参数 ,建立了钢轨焊接接头有限元模型 ,并进行了有限元分析 ,得到了焊接接头弯曲应力分布和钢轨变形情况 .得出的结论是钢轨焊接接头在轨腰和轨底连接处是应力集中的区域 .

某自旋微小空间飞行器运动过程研究

为研究某自旋微小空间飞行器入轨运行一周的运动情况,建立各主要坐标系描述飞行器的运动状态。考虑较高轨道的空间环境因素对飞行器运行过程的影响,建立了飞行器轨道动力学模型和基于欧拉方程的姿态动力学模型。采用双欧法进行仿真计算,得到了飞行器入轨运行一周的轨道和姿态参数情况。结果表明:高轨道空间空气密度极低,飞行器主要受地球引力、太阳辐射压力及大气阻力的影响,靠自身旋转稳定,运动轨迹近似圆形,运行一周后轨道增高4.66 km,滚转角和偏航角产生波动,变化小于±0.04°;俯仰角随时间逐渐增大,变化幅度近似360°。