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卫星编队飞行相对绕飞控制策略

航天控制 2014年第1期32卷 55-62页

作者：姜宇李恒年潘立公胡静宝音贺西宇航动力学国家重点实验室西安710043 清华大学航天航空学院北京100084

提出了一种能考虑复杂摄动模型的卫星编队飞行相对绕飞控制策略,该策略仅需进行切向和法向控制,控制律不需要改变推力大小和方向,不需要进行卫星的姿态机动,适用范围广。对绕飞角、绕飞中心、绕飞基线等编队构形参数的控制精度高,对绕... 详细信息

提出了一种能考虑复杂摄动模型的卫星编队飞行相对绕飞控制策略,该策略仅需进行切向和法向控制,控制律不需要改变推力大小和方向,不需要进行卫星的姿态机动,适用范围广。对绕飞角、绕飞中心、绕飞基线等编队构形参数的控制精度高,对绕飞角的控制误差可达0.05°以下,绕飞挠率控制到0.001以下。此外,绕飞中心、绕飞角、绕飞基线、最小距离、最大距离均可稳定地保持,控制后编队构形稳定性好,有利于延长保持控制的周期,节约推进剂的消耗。该策略首次实现了对绕飞中心和绕飞挠率的控制。

关键词：卫星编队飞行绕飞曲率绕飞挠率绕飞控制相对控制控制策略

飞行汽车混动系统动力电池和增程器的协调控制

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科学技术与工程 2024年第16期24卷 6943-6950页

作者：张钰锋李京阳宝音贺西天津工业大学机械工程学院天津300387 北京清航紫荆装备科技有限公司北京102101 清华大学航空航天学院北京100084

城市空中交通(urban air mobility, UAM),是近期解决当前地面交通拥堵困境的有效方法。因此,研究飞行汽车典型飞行任务剖面下的动力系统工作特性至关重要。由于电池能量密度的限制以及纯电动飞行汽车的里程限制,因此使用油电混合作为飞... 详细信息

城市空中交通(urban air mobility, UAM),是近期解决当前地面交通拥堵困境的有效方法。因此,研究飞行汽车典型飞行任务剖面下的动力系统工作特性至关重要。由于电池能量密度的限制以及纯电动飞行汽车的里程限制,因此使用油电混合作为飞行汽车的动力系统更为合理。总结垂直起降飞行汽车(vertical takeoff and landing, VTOL)任务剖面下混动系统运行性能的相关研究。基于MATLAB Simulink,提出一种混合动力的协调方法,其中同时考虑两种操作模式。根据实际操作条件,预设垂直起降和平飞两种工况下不同的操作模式。在此基础上,研究作为主要电源的增程器调节功率流和提高增程器工作效率的电池协调。直流母线电压由DC/DC转换器调节,有利于电池组的整体寿命,实现了充电和放电状态期间的功率共享。仿真结果表明:可以很好地控制直流母线电压,并且增程器和电池之间的功率共享遵循设计。

关键词：飞行汽车多源混动系统功率分配

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飞行汽车机翼折叠系统机构运动学分析

科学技术与工程 2024年第7期24卷 2994-3003页

作者：林正航李京阳宝音贺西天津工业大学机械工程学院天津300387 北京清航紫荆装备科技有限公司北京102101 清华大学航空航天学院北京100084

为延长飞行汽车的飞行时间及实现飞行汽车可以在空中飞行模式与陆地行驶模式下正常工作,在根据升力公式对飞行汽车机翼进行设计选型后,对机翼折叠、回收机构进行设计并基于复数矢量法建立机翼折叠、回收机构运动学模型,使用MATLAB分析... 详细信息

为延长飞行汽车的飞行时间及实现飞行汽车可以在空中飞行模式与陆地行驶模式下正常工作,在根据升力公式对飞行汽车机翼进行设计选型后,对机翼折叠、回收机构进行设计并基于复数矢量法建立机翼折叠、回收机构运动学模型,使用MATLAB分析计算了机构关键杆件的角位移、角速度、角加速度变化情况,并用Adams对机构进行运动仿真分析。分析结果表明:机翼折叠机构与回收机构的角位移、角速度、角加速度图像均未出现激增或骤降,机构结构设计合理,可实现平滑稳定运动,运动特性良好。其中,通过控制折叠机构驱动杆件由83.25°偏转至116.75°实现折叠外翼90°的偏转。通过控制回收机构驱动滑块位移516.6 mm实现机翼90°的展开。最终在30 s内完成机翼折叠及回收作业。

关键词：飞行汽车机翼连杆机构折叠机构回收机构

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小行星附近的三维周期轨道

小行星附近的三维周期轨道

第十四届全国非线性振动暨第十一届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议

作者：宝音贺西于洋清华大学航天航空学院

作为动力学系统的一类特殊解,周期轨道在小天体附近轨道问题的研究中占有特殊的意义。早在19世纪末,三体问题被提出不久,庞加莱就曾指出,周期轨道可能是理解三体问题的一个突破口,它关联到行星系统的形成和稳定性。在小行星附近的轨道... 详细信息

作为动力学系统的一类特殊解,周期轨道在小天体附近轨道问题的研究中占有特殊的意义。早在19世纪末,三体问题被提出不久,庞加莱就曾指出,周期轨道可能是理解三体问题的一个突破口,它关联到行星系统的形成和稳定性。在小行星附近的轨道问题中,周期轨道可能预示着卫星的存在,有助于认识小天体

关键词：周期轨道小行星网格法

Formation around planetary displaced orbit

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Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2007年第6期28卷 759-767页

作者：龚胜平李俊峰宝音贺西 School of Aerospace Tsinghua UniversityBeijing 100084P. R. China

The paper investigates the relative motion around the planetary displaced orbit. Several kinds of displaced orbits for geocentric and martian cases were discussed. First, the relative motion was linearized around the displaced orbits. Then, two seminatural control laws were investigated for each kind of orbit and the stable regions were obtained for each case. One of the two control laws is the passive control law that is very attractive for engineering practice. However, the two control laws are not very suitable for the Martian mission. Another special semi-natural control law is designed based on the requirement of the Martian mission. The results show that large stable regions exist for the control law.

关键词： displaced orbit solar sail relative motion formation flying

聚类算法在深空自主光学导航信标星选择中的应用

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聚类算法在深空自主光学导航信标星选择中的应用

第十二届多体动力学与控制暨第七届航天动力学与控制和第十五届全国分析力学联合学术会议

作者：钟源宝音贺西清华大学航天航空学院

自主光学导航是自主导航中的一项关键技术。在应用最多的深空巡航段中,所采用的自主光学导航一般原理为探测器首先利用光学导航敏感器逐一拍摄太阳系内多颗已知星历小行星,然后从图像中提取小行星中心的像元像线信息,并根据同一幅图像... 详细信息

自主光学导航是自主导航中的一项关键技术。在应用最多的深空巡航段中,所采用的自主光学导航一般原理为探测器首先利用光学导航敏感器逐一拍摄太阳系内多颗已知星历小行星,然后从图像中提取小行星中心的像元像线信息,并根据同一幅图像中恒星背景来确定指向小行星的视线方向;最后将视线方向数据送入导航滤波器,经滤波估计得到探测器的位置和速度信息。其中非常关键的一步就是导航小行星的筛选和序列规划,其直接影响自主导航的精度。目前,针对自主光学导航观测小行星的选取标准分为两类:1)与图像处理相关:***等人提出的小行星的可见星等、***等人提出的小行星-探测器-太阳之间的相角、探测器与小行星的距离和相对速度、小行星-探测器-太阳之间的相角;2)与小行星空间分布相关:王大轶等人提出的空间分布评价值。根据这两类指标产生两类筛选导航小行星的方式,存在弊端是没有综合考虑实际情况,且计算量过大,无法满足星载计算机实时计算的需求。本文提出将聚类算法应用于自主光学导航中观测小行星的筛选工作,解决目前筛选导航信标仅考虑空间分布情况或者相机处理能力,不完全符合实际工程应用的问题,同时大幅降低计算量,满足星载计算机计算量限制的要求。

关键词：光学自主导航小行星筛选聚类算法

2010年国际深空探测轨道优化竞赛的清华大学解法

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力学与实践 2011年第3期33卷 103-105页

作者：蒋方华陈杨刘跃聪宝音贺西李俊峰清华大学航天航空学院北京100084

介绍作者对国际深空探测轨道优化竞赛问题的解法,包括全局优化方法和小推力局部优化方法.全局优化主要采用分枝定界法,需要求解一系列Lambert问题.局部优化采用基于同伦方法的间接优化方法,对协态变量初值进行了归一化,在数值积分时构... 详细信息

介绍作者对国际深空探测轨道优化竞赛问题的解法,包括全局优化方法和小推力局部优化方法.全局优化主要采用分枝定界法,需要求解一系列Lambert问题.局部优化采用基于同伦方法的间接优化方法,对协态变量初值进行了归一化,在数值积分时构建了开关函数检测方法以保证积分精度.最后结合连续五次参加国际竞赛的经验和体会,给出深空探测轨道设计方面的研究展望.

关键词：深空探测轨道优化小推力

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低速溅射小行星表面采样方案的动力学仿真

低速溅射小行星表面采样方案的动力学仿真

第十届动力学与控制学术会议

作者：程彬宝音贺西清华大学航天航空学院

探测小行星是未来几十年航天界的研究热点,其中采样返回任务可以采集小行星表面太阳系形成初期的原始成分,具有重要的研究意义,因而备受关注。本文研究了使用低速射弹溅射表层土壤的小行星采样方案(如日本宇航航空研究开发机构的隼鸟号... 详细信息

探测小行星是未来几十年航天界的研究热点,其中采样返回任务可以采集小行星表面太阳系形成初期的原始成分,具有重要的研究意义,因而备受关注。本文研究了使用低速射弹溅射表层土壤的小行星采样方案(如日本宇航航空研究开发机构的隼鸟号与隼鸟二号),通过三维离散元法仿真了不同形状的射弹在重力或微重力环境下,垂直射入颗粒床的过程,并将仿真中得到的溅射质量与实验进行了对比,以此确定仿真过程的有效性。对于小行星表层,我们考虑两种不同的粒径分布:幂律分布与均匀分布,颗粒半径采用隼鸟号近距离探测的小行星"糸川"参数,为3mm到5mm之间。射弹撞击速度为11m/s到48m/s之间,垂直向下射入小行星表层。通过将软球离散元模型与高效并行树算法结合,我们发现溅射质量与射弹形状有明显的相关性:圆锥状射弹溅射质量要高于其他形状,如圆盘形、球形等,这与地面撞击实验结果相吻合。另外,我们分析了表面层粒径分布、孔隙度、静摩擦系数等实验很难分析的因素对溅射质量的影响。同时,我们发现在微重力环境下,溅射质量与撞击持续时间均会有较大提高,而在这种情形下,颗粒之间的凝聚力要远大于颗粒所受重力,因此是否考虑凝聚力作用会对最终结果产生较大的影响。在之后我们将研究撞击中撞击速度、撞击角等对溅射质量、溅射速度分布和撞击坑形状等的影响,并将其应用到小行星探测器采样机构设计中,为我国未来的小行星探测计划提供理论支持。

关键词：小行星采样散体动力学 N体问题撞击坑

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仿鸟类扑翼飞行器研究进展

动力学与控制学报 2024年第4期22卷 1-15页

作者：赵晓伟曾东鸿占英宝音贺西清华大学航天航空学院北京100084 内蒙古大学电子信息工程学院呼和浩特010021

仿生扑翼飞行器有着优异的气动性能和灵活的飞行能力,在军民领域均有广泛的应用前景,学者们在原理样机研制、扑翼气动机理、驱动机构、飞行控制等多领域取得了一系列重要进展.本文从总体设计方法、驱动机构设计与优化、气动机理等方面... 详细信息

仿生扑翼飞行器有着优异的气动性能和灵活的飞行能力,在军民领域均有广泛的应用前景,学者们在原理样机研制、扑翼气动机理、驱动机构、飞行控制等多领域取得了一系列重要进展.本文从总体设计方法、驱动机构设计与优化、气动机理等方面综述了仿鸟类扑翼飞行器技术的发展历程与研究进展.首先,从扑翼总体设计方法入手,总结了仿鸟类扑翼飞行器仿生构型,归纳了总体设计参数估算方法;其次,综述了多种构型曲柄连杆机构在扑翼驱动中的应用与优缺点;接着总结了扑翼气动机理研究的实验方法与数值计算方法,分析了不同扑翼气动算法针对不同应用场景在计算成本和准确度方面的优劣情况;最后,对仿鸟类扑翼飞行器系统设计研究现状进行总结,针对原理样机研制过程提出展望.

关键词：扑翼飞行器仿生构型总体设计驱动机构气动机理