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宇航学报杂志 2018年第06期

Journal of Astronautics

主管单位:中国科学技术协会
主办单位:中国宇航学会
国际刊号:1000-1328
国内刊号:11-2053/V
审稿时间:1-3个月
全年订价:¥ 984.00
创刊:1980
类别:工程科技II
周期:月刊
发行:北京
语言:中文
起订时间:
曾用名:宇航学报
出版社:协会类
邮编:100048
主编:马兴瑞
邮发:2-167
库存:200
主要栏目:
  • 论文
  • 实验研究
  • 研究简报
  • 评述
  • 综述
  • 工艺
  • 动态
  • 面向飞行器总体设计的UMDO技术综述

    作者:赵民; 刘百奇; 粟华 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    针对当前飞行器设计领域对总体设计过程中不确定性因素的精细化管理需求,对不确定性多学科设计优化(Uncertainty-based Multidisciplinary Design Optimization,UMDO)的研究现状和应用模式进行了综述和展望。首先综述UMDO的国内外发展现状,讨论开展UMDO研究和应用的必要性和紧迫性;从不确定性源建模、不确定性灵敏度分析、多学科不确定性分析、鲁棒性多学科优化设计4个方面梳理UMDO技术的发展体系,分析UMDO工程应用的研究现状,围绕飞行器总体设计过程提出适应各阶段设计需求的现代飞行器UMDO应用模式;最后,针对飞行器总体精细化设计能力的提升需求,分析了目前UMDO在工程应用过程中存在的问题,并探讨了UMDO的未来发展设想。

  • 一种求解轨迹优化问题的改进多分辨率技术

    作者:赵吉松; 李爽 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    针对轨迹优化多分辨率技术可能发生细化遗漏或者细化失败的缺陷,设计了一种改进多分辨率技术。该方法通过在每次网格细化迭代过程中增加两层高分辨率节点并且引入节点检测算法,确保在轨迹的非光滑区域能够高效、持续地细化网格。针对原始多分辨率技术的初始网格的节点数目存在二进限制的弊端,定义了一种新的广义二分网格,使得多分辨率技术的初始网格节点数目可以为任意奇数。采用多个轨迹优化算例验证了本文方法的有效性并且与其它方法进行了对比。此外,仿真结果还表明,网格充分细化对目标函数影响不大,但是能够更加准确地满足路径约束和终端状态约束。

  • 空间太阳能电站姿态运动-结构振动耦合建模与分析

    作者:穆瑞楠; 王艺睿; 谭述君; 吴志刚; 齐朝晖 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    针对多旋转关节空间太阳能电站构型,利用基于能量等效原理的连续体等效方法将其等效为柔性梁模型,并考虑重力梯度影响,建立了姿态运动与结构振动的耦合动力学模型;结合Runge-Kutta法和Newmark法的优点,提出了适用于求解姿态运动与结构振动耦合动力学方程的改进算法,相比于经典Runge-Kutta法大幅提高了效率;利用改进算法得到了不同参数下的动力学响应。在此基础上,推导了结构振动量级随结构尺寸的六次方量级增加的规律,仿真结果表明尺寸过大引发不稳定现象;分析了姿态运动和重力梯度对结构振动频率和振幅的影响;发现了姿态运动周期受结构柔性影响而增大的现象,这种现象在低轨以及大初始姿态角下影响更为明显。

  • 空间光谱干涉仪在轨超静超稳平台的设计与地面验证

    作者:段鹏飞; 关新; 郑钢铁; 钟鸣; 欧宗耀; 于宗伟; 邵益凯 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    为了解决星上微振动引起的空间摆臂式傅里叶干涉仪(下文简称干涉仪)运动速度稳定度下降的问题,分析了干涉仪在轨减振任务的特点,提出了同时采用低刚度隔振与高灵敏度阻尼抑振的一体化设计方法,实现了干涉仪超静超稳平台的系统设计。平台采用被动隔振技术隔离卫星中、高频的机械振动,实现干涉仪在轨的"静",采用电磁阻尼技术消除隔振过程引入的低频共振和晃动,保证干涉仪在轨的"稳"。地面微振动试验中,平台引入后,干涉仪安装位置加速度响应满足微振动环境要求,干涉仪性能稳定,载荷工作正常。

  • 改进模拟退火算法的喷管动力学模型修正

    作者:杜大华; 贺尔铭; 李磊 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    为获得液体火箭发动机喷管高精度的结构动力学有限元模型,提出一种基于改进模拟退火算法(Improved Simulation Annealing Algorithm,ISAA)的有限元模型修正方法。首先,将复杂的薄壁夹层板喷管等效为复合材料层合壳,建立喷管的参数化有限元模型;在此基础上,以结构模态参数为参考基,构造出联合使用模态频率及模态振型的目标函数,并运用灵敏度分析提取设计变量,从而建立其优化模型;提出带记忆、局部搜索功能的改进模拟退火算法,运用ISAA在设计空间进行多目标全局寻优;最后,采用基于MSC Patran/Nastran软件平台二次开发的结构动力学模型修正软件ZDXZ V1.0进行模型修正,并对模型修正方法的有效性进行了校验。结果表明,修正后喷管的前3阶计算模态频率与试验值相对误差小于2%,振型相关性最小MAC值大于0.9,大大提升了喷管模型的动力学符合性,模型精度满足工程应用要求;表明所述模型修正策略的有效性,该方法具有高效、强鲁棒性等特点,适合于大型复杂结构的模型修正。

  • 一种面向弹道再入目标跟踪的HPD-SRCQSPF算法

    作者:杨峰; 郑丽涛 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    针对弹道再入目标轨迹跟踪问题,提出基于混合建议分布的平方根容积求积采样粒子滤波(HPDSRCQSPF)算法,该算法以混合建议分布为框架,由两个基本建议分布组成。其中一个基本建议分布为先验分布,另一个基本建议分布为平方根容积求积卡尔曼滤波估计后的值。该混合建议分布与真实的后验分布很接近,因此有着高效性、高精度等特点。仿真结果表明,对于弹道再入目标轨迹跟踪模型,相比于标准粒子滤波(SPF)算法和平方根容积求积粒子滤波(SRCQPF)算法,HPD-SRCQSPF算法可以在较低运算负载的情况下获得更好的跟踪性能。特别是在弹道目标变轨机动的情况时,所提出算法的性能增益更为显著。

  • 间接Legendre伪谱法的欠驱动航天器姿态运动轨迹跟踪

    作者:易中贵; 戈新生 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    针对仅带有两组喷气推力器的非轴对称欠驱动刚性航天器,提出一种基于间接Legendre伪谱法的姿态运动轨迹跟踪控制算法。首先采用Legendre伪谱法(LPM)离线规划出系统的最短时间姿态机动参考轨迹。接着将实际运行轨迹与参考轨迹之间的偏差作为变量,根据Pontryagin极小值原理必要条件把系统姿态运动跟踪问题转化为一个两点边值问题(TPBVP)。最后采用Legendre-Gauss-Lobatto(LGL)点将此两点边值问题离散转化为一个线性方程组来求解,避免了对传统Riccati微分方程的积分运算。数值仿真校验了本文基于间接Legendre伪谱法的姿态运动轨迹跟踪控制算法的有效性。

  • 高超声速飞行器新型预设性能控制器设计

    作者:冯振欣; 郭建国; 周军 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    针对强不确定、多约束条件下高超声速飞行器的控制性能问题,提出一种新型、同时保证高超声速飞行器瞬态响应和稳态性能的鲁棒预设性能控制器设计方法。首先,设计一种新型、时变、对数型障碍Lyapunov函数,结合动态面法,在保证高超声速飞行器高度和速度子系统稳态跟踪误差精度的同时,还能确保其收敛速度、超调量等瞬态响应性能;与传统的预设性能方法相比,该方法无需误差转化,降低了设计的复杂度。然后,针对模型和外部扰动不确定问题,设计了自适应、非线性干扰观测器对不确定的上界进行估计并引入控制律。此外,还引入辅助误差子系统,降低高超声速飞行器执行机构饱和对闭环系统的影响。最后,通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统所有状态均有界。仿真结果验校了本文控制器设计的有效性。

  • 多航天器反步滑模SO(3)协同控制

    作者:马鸣宇; 董朝阳; 马思迁; 王青 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    针对多航天器系统的姿态协同控制问题,基于特殊正交群(Special Orthogonal Group,SO(3))提出了滑模协同控制设计方法。结合有向通信拓扑,建立了多航天器SO(3)姿态模型。在此基础上研究了SO(3)上协同误差形式,提出了适用于协同控制器构造的SO(3)指令设计方法。为了解决姿态奇异问题,根据SO(3)姿态特性引入补偿项并设计了相应的滑模面,进一步采用反步法完成了SO(3)协同控制器设计,同时给出稳定性分析过程。提出的反步滑模方法保证了协同控制器在整个姿态空间内的适用性,使得多航天器系统能够实现稳定的姿态协同。文中采用两组多航天器系统仿真校验了所提协同方法的有效性。

  • 空间站对日定向装置试验台的控制器设计与精度考核

    作者:贺云; 张飞龙; 刘明洋; 徐志刚 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    针对太阳电池帆板大挠性、大惯量等特性,导致对对日定向装置施加的大幅值、高频响的变负载力矩难以模拟和模拟精度不足的问题,设计了以电动负载模拟器为核心装置的地面半物理仿真试验台。首先建立了电动负载模拟器(加载单元)模型,采用递推最小二乘法对加载单元各参数进行辨识,并分析各参数对加载单元响应特性的影响。提出一种超前校正与模糊自适应PID相结合的复合控制算法,该方法有效地拓宽了加载单元带宽、改善了力矩跟随性能和抑制了力矩误差。用不同信号对试验台响应速度、加载带宽和加载精度进行分析和考核。实验结果表明:该复合控制算法使加载力矩较好地复现了太阳电池帆板模型的期望输出力矩,为对日定向装置对太阳电池帆板的驱动性能考核实验模拟出较为精确的期望模型的负载(测试)力矩。

  • 转动惯量未知的再入飞行器姿态容错控制

    作者:刘伟星; 耿云海; 吴宝林 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    针对升力式再入飞行器再入过程中执行机构发生故障的情况,基于反步法思想,设计了一种无需飞行器转动惯量信息的姿态容错控制律,同时,该控制律能有效地抑制外界干扰。控制律的设计除了给出稳定性证明外,还给出了误差上界与控制参数的关系。以临近空间飞行器X-33为模型进行了数学仿真,结果表明了该控制律的有效性。

  • 一种三维地形特征提取和匹配方法

    作者:田阳; 李国庆; 宋新 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    针对行星漫游器地形相关导航中的地形匹配问题,提出一套三维地形特征提取匹配方法。该方法通过特征邻域散布矩阵特征值检测凸起和凹陷地形,以特征间距离和方向为元素构成三维特征描述集合,并引入集合相似理论判别特征是否匹配。由于采用特征之间的相对位置关系描述特征,从而提高了稀疏三维点云条件下地形特征的显著性。仿真结果表明,对于激光雷达(Li DAR)获取的三维地形数据,所提方法在特征重复检出率和正确匹配率方面优于现有方法,能够满足行星漫游器导航对地形匹配的要求。

  • FPGA多模式高效脉冲压缩工程应用

    作者:李翱; 于勇; 褚超; 张振华 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    针对现代雷达系统功能需求多样化、处理数据量大的特点,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)处理平台的多模式高效频域脉冲压缩方法。其快速傅里叶变换(FFT)模块采用复式FFT结构,其运算能力比基-4 Burst I/O结构提高了一倍;参考函数模块采用实时查表法,根据发射信号基本参数对参考信号进行实时生成;脉冲压缩模块进行了知识产权(IP)核封装处理,使其既能通过灵活配置适应多工作模式实用需求,又能够便利地移植和复用。采用此方法在基于Virtex-7 FPGA硬件平台上进行试验验证,结果表明,该方法能够高效地实现8192点至32768点脉冲压缩处理,处理点数多,实时性高,且处理结果满足航天工程应用要求。

  • 高温风洞收集口喷水降温数值仿真研究

    作者:姜一通; 张利嵩; 邹样辉; 田宁; 李彦良 期刊:《宇航学报》 2018年第06期

    针对高温风洞中扩压器前段壁面防热问题,提出对高温气流外缘喷水降温的方法。通过在收集器入口与喷管出口间安装喷水环,利用液态水汽化吸热对高温气流进行降温,使扩压器壁面形成低温保护层。为了解该方法降温效果,本文利用DPM、组分输运等模型的耦合建立了超声速两相流CFD模型,对向超声速热气流喷水进行降温的过程进行了数值计算,计算结果表明,扩压器启动后有显著的降温保护效果。同时,为探索风洞排气背压和喷水量对风洞流场和壁面降温效果的影响,通过计算得出了变排气背压、变喷水量与降温效果之间的关系,为高温风洞收集口喷水降温装置的优化设计提供了参考。

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