英国南安普敦大学航空航天工程本科培养方案解读

介绍了南安普敦大学航空航天与空间系统工程本科生培养方案,包括其培养目标与培养要求、课程体系设置和核心课程的主要内容。结合CDIO理念分析,总结了其主要特色,即明确的工程教育目标、注重多种能力培养、紧密围绕专业设置课程模块、采用"积木"式教学方式、强调团队协作、重视工程管理等,对国内高校工科教育特别是航空航天类专业的教学改革具有很好的参考价值。

基于烧蚀机理的涂层类防热结构精细化设计方法

为了实现轻质化、低成本、精细化防热设计,提出基于烧蚀机理的涂层类防热结构精细化设计方法,使用烧蚀机理初步计算出涂层烧蚀碳层厚度,从而建立烧蚀精细化热仿真计算模型,并计算得到较为准确的防隔热仿真结果,该方法的应用可为舱段涂层防热方案论证提供科学有效的理论分析手段,指导防热方案设计,并达到降低设计成本、缩短研制周期的目的。

航天员与类人机器人月面联合探测概念初步研究

介绍了人机联合探测中涉及的类人机器人、遥操作、人机共享控制、地面验证等技术发展现状;对月面类人机器人与航天员联合探测的概念进行了初步研究,规划出了月面人机联合探测系统结构、探测模式和探测任务等;并对类人机器人技术、人机协同操作技术、遥操作控制技术和地面仿真验证技术等关键技术进行了总结。

基于SPOC的航天电子设计课堂翻转教学设计

SPOC将优质MOOCs资源与传统课堂面对面教学的优势有机融合,具有小规模、私有定制、线上MOOC、线下课堂上接受导师辅导的特点。针对当前航天电子设计课程教学存在的问题,阐明建设该门课程SPOC课堂的必要性,逐步建设基于SPOC的航天电子设计MOOC课程,提出实现课堂翻转的具体措施,努力提高航天电子设计课程的教学质量。借鉴SPOC,能够实现航天电子设计课程教学流程的重构与创新,赋予学生完整、深度和有效地学习体验,全面提升学生的设计能力和创新能力。

航天器转动惯量参数在轨辨识的最优激励

根据矩阵分析理论研究了转动惯量参数的可辨识性问题,从姿态动力学方程导出关于未知参数的线性回归模型,将回归矩阵的条件数作为参数可辨识度的定量指标,以可辨识度最大为目标函数建立最优控制模型;应用解最优控制问题的伪谱法,计算控制力矩陀螺的指令轨线,使得惯量参数的辨识精度和收敛速度显著提高;在仿真中采用双无迹卡尔曼滤波算法进行参数辨识,结果验证了所提出的最优激励设计方法可以改善参数辨识性能,同时该方法对先验信息误差具有鲁棒性。

以项目为载体的仿真工程专业课程实验体系设计

根据CDIO工程教育理念,分析仿真工程专业系列课程之间的内在联系,以项目为载体,一体化设计相互关联的课程实验,选择符合工程实际的项目,使之贯穿相关课程,并建立各门课程的层次化实验教学体系。在课程教学实践中,全方位地训练学生的各种能力,实现学生综合素质的全面提高。

在轨服务航天器任务指派问题

一个在轨服务可有多种服务选择,必须进行合理的任务指派。首先求解服务航天器满足燃耗约束下的可达区域,筛选出满足可达范围要求的目标航天器。然后,以任务执行时间、燃料消耗和航天器服务优先级为优化目标,研究多目标的任务指派问题。通过设计决策变量,考虑时间、燃耗等约束,建立了基于0-1整数规划的任务模型,采用NSGA-Ⅱ算法,求得问题的Pareto最优集,得到多组可供任务设计者选择自己偏好的折中方案。给出了两个多目标优化的仿真算例,算例一给出了任务指派的一般研究结论,算例二对比了另外一种算法:分层-加权法。仿真结果表明利用给出的方法可以较好地解决多目标下在轨服务任务指派问题。

基于干扰估计的航天器大角度姿态机动鲁棒次优控制

针对存在系统参数不确定与外界干扰的航天器大角度姿态机动问题,提出一种基于干扰估计的鲁棒次优控制方法。该方法通过引入总干扰的概念,将不确定参数与外界干扰对系统的影响统一为各控制通道总干扰,而后采用非线性干扰观测器实现对系统总干扰的估计;借鉴状态相关的黎卡提方程(SDRE)方法,将系统模型改写为状态相关的线性形式,并采用近似方法实现基于干扰估计的次优控制参数的在线求解。通过对航天器大角度姿态机动问题的仿真分析,校验所提方法不仅较传统SDRE方法计算效率更高,而且较大程度上提高系统对参数偏差与外界干扰的鲁棒性能。

材料学研究生基础理论—工程实践一体化教学模式设计

现代科学技术的发展要求科研工作者具有较强的创新精神和较高的实践能力,理论联系实际的一体化教学模式是解决课程教学中理论与实践脱节、提高教学水平的有效途径。以我校材料学研究生的教学为案例,利用基础理论课《材料化学》、应用基础理论课《涂料原理与工艺》和实验课《高等合成化学实验》等课程,从课程设置、教学方法、理论教学环节和实验教学环节等方面进行一体化设计与实践,探索适合于研究生教学的基础理论-工程实践一体化教学模式,提高研究生的课程教学质量。

基于MEKF的航天器姿态确定算法

乘性扩展卡尔曼滤波(Multiplicative Extended Kalman Filter,MEKF)方法被广泛应用于各种航天器姿态确定任务。针对任意参考坐标系,推导了姿态四元数的线性运动学方程和三分量姿态误差矢量的动力学模型,并分别设计了有陀螺和无陀螺两种姿态确定方案。系统研究了姿态敏感器常用的矢量观测模型,四元数观测模型以及欧拉角观测模型,设计了更具有一般性的MEKF滤波器,为航天任务中快速应用MEKF姿态确定算法提供理论参考和技术支撑。

航天领域高性能并行计算研究进展

航天领域的大规模科学与工程问题的数值模拟既依赖于高性能并行计算的支撑,同时也是高性能并行计算发展的动力。综述了航天领域高性能并行计算的研究进展,对高性能并行计算环境进行简单介绍,对相关研究领域包括气动力、气动热、化学非平衡、结构强度、热防护、蒙特卡罗方法和湍流研究等进行分类和详细阐述;总结了航天领域高性能并行计算存在科学计算高并行效率和工程计算低实用价值、并行应用的多样性和缺少科学的并行方法的矛盾,并指出了进一步研究方向。

“问题作业教学”模式在军校研究生教学中的应用——以国防科学技术大学为例

结合我国军校研究生教学模式创新实践,以国防科学技术大学为例,分析了"问题作业教学"模式的现实需求和理论基础,以国防科学技术大学为例,介绍了该模式的"五大策略"以及教学准备和实现条件。

基于循环追踪算法的编队航天器交会控制

采用循环追踪算法解决编队航天器交会控制问题。建立并推导了线性循环追踪算法和非线性循环追踪算法数学模型,提出了绕飞平面采用循环追踪控制,绕飞平面法向采用比例微分进行振动抑制的编队交会控制律。基于脉冲推力方式,对绕飞平面分别采用线性和非线性循环追踪的三航天器编队交会控制问题进行了仿真分析。仿真结果表明,提出的基于循环追踪的控制方式可满足编队航天器交会控制要求,航天器按顺时针运行轨迹交会于初始位置决定的参考中心,三航天器间相对距离、相对运动速度变化趋势基本一致,速度增量消耗较小,为航天器编队构形控制研究提供有益参考。

在轨加注过程中组合体航天器动力学建模与分析

针对在轨加注过程中质量分布随时间变化的组合体航天器,研究动力学建模问题并对其动态特性进行分析。将航天器系统分为刚性组合体平台和贮箱内燃料两部分,贮箱内的燃料视为质量、外形和位置连续变化的质量块,将航天器系统抽象为一组有固定边界的变质量质点系;在推导出变质量质点系一般力学方程的基础上,通过对航天器结构进行一定限制消除方程中的反冲力和失调力矩,以组合体平台主轴作为参考坐标系,建立在轨加注过程中组合体动力学模型;该模型除了参数时变的特点外,与普通刚体动力学相比还含有阻尼项;基于李雅普诺夫稳定判据,对该时变动力学系统的动态特性进行分析。仿真计算展现了不同结构参数对姿态运动轨迹的影响,也证明了理论分析的正确性。

轨道设计竞赛与航天专业研究生培养

轨道设计竞赛作为专业竞赛并非专门面向研究生培养设计,通过对其建立和发展历史的回顾,分析了竞赛题目的特点和对科研能力的训练作用。结合所在团队参加轨道设计竞赛的实践体会,探讨了专业竞赛在研究生培养中的应用,提出了将专业竞赛作为基础教育和科研实践的过渡链条的基本定位。

空天工程专业导论课程建设的探索与实践

以国防科学技术大学"空天工程导论"课程建设为例,开展了工程类专业导论课程建设方法研究,提出了新时代工程类专业人才需求标准的四个层次,构建了"三导型"课程建设目标,探索了多元化教学手段和教师团队建设方法,提出了包括理论知识、信息发掘与应用、道德素养、实践能力等四个方面的多维度评价方法。课程建设对于培养学生的专业兴趣、自主学习习惯、团队协作精神等方面取得了显著成效。

CDIO模式在航天学科创新实践项目指导中的应用

分析了我国高校航天学科学生创新实践项目实施过程存在的主要问题,包括项目选题由教师限定、实施环节教师干预过多、实施过程工程模式模拟借鉴不足等。以高空科学气球系统为例,探讨了CDIO工程教育模式在创新实践项目指导中的应用,规划了构思、设计、实现、运行4个阶段教师和学生的具体分工,为高等院校航空航天学科实践教学改革提供有益借鉴。

导弹工程专业“水火箭”案例设计与思考

水火箭相关技术与导弹工程专业技术具有紧密的技术关联性,为提升导弹工程专业人才培养水平,以水火箭为教学辅助工具,研究了水火箭系统的专业技术需求,结合需求和导弹工程专业课程,提出了针对导弹工程专业的系统性课程案例,这些案例的实施将为学生更好的掌握专业知识和技能创造条件,通过水火箭的设计、制作与实验,使之成为一种面向教学的能为教员很好利用的优秀教学工具。

高空科学气球下降过程航迹与热性能耦合分析

考虑高空科学气球动力学与热力学耦合关系,研究分析下降过程飞行航迹与内部氦气热性能.建立高空科学气球热模型和下降过程动力学模型,包括太阳辐射模型、红外辐射模型、对流换热模型等,仿真得到了某高空气球下降过程高度、速度等飞行航迹参数和氦气体积、温度等热性能参数,分析了参数变化规律与变化原因.研究结果表明,高空气球下降过程存在严重超热现象,超热状态变化导致下降速度变化,下降速度变化又导致超热状态改变;下降初始阶段氦气排放质量对下降速度、下降时间和超热状态均存在重要影响.

航天器集群构形控制的虚拟弹簧阻尼网络方法

针对航天器集群质心相对运动构形控制问题,提出了一种基于虚拟弹簧阻尼网络的分布式控制方法。航天器间以虚拟的弹簧阻尼器相互连接,弹簧的原长根据期望的相对运动构形来设定。各航天器的控制输入是与其相连的所有弹簧阻尼器的合力。在线性动力学模型和拓扑结构连通且固定的假设下,基于代数图论的方法推导出了闭环系统稳定性条件。对近地轨道上100个航天器形成格点相对运动构形和20个航天器形成时变距离的椭圆构形的实例进行了仿真,考虑了轨道摄动的影响,结果表明,集群通过虚拟弹簧阻尼网络控制可实现期望构形,并能达到厘米量级的构形保持控制精度。该控制方法不改变集群的质心,只需施加很小的控制加速度;仅基于局部的邻居交互,能够适应大规模集群对分布式控制的要求。