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Hierarchical Optimization of Landing Performance for Lander with Adaptive Landing Gear

Chinese Journal of Mechanical Engineering 2019年第2期32卷 24-35页

作者： Zongmao ding Hongyu Wu Chunjie Wang jianzhong ding School of Mechanical Engineering and Automation Beijing University of Aeronautics and Astronautics Beijing System Design Institute of Electro-Mechanic Engineering China Aerospace Science and Industry Corporation Limited Department of Mechanical Engineering Tsinghua University State Key Laboratory of Virtual Reality and Systems Beijing University of Aeronautics and Astronautics

A parameterized dynamics analysis model of legged lander with adaptive landing gear was established. Based on the analysis model, the landing performances under various landing conditions were analyzed by the optimized Latin hypercube experimental design method. In order to improve the landing performances, a hierarchical optimization method was proposed considering the uncertainty of landing conditions. The optimization problem was divided into a higher level(hereafter the "leader") and several lower levels(hereafter the "follower"). The followers took condition?ing factors as design variables to find out the worst landing conditions, while the leader took bu er parameters as design variables to better the landing performance under worst conditions. First of all, sensitivity analysis of landing conditioning factors was carried out according to the results of experimental design. After the sensitive factors were screened out, the response surface models were established to reflect the complicated relationships between sensi?tive conditioning factors, bu er parameters and landing performance indexes. Finally, the response surface model was used for hierarchical optimization iteration to improve the computational e ciency. After selecting the optimum bu er parameters from the solution set, the dynamic model with the optimum parameters was simulated again under the same landing conditions as the simulation before. After optimization, nozzle performance against damage is improved by 5.24%, the acceleration overload is reduced by 5.74%, and the primary strut improves its performance by 21.10%.

关键词： Landing gear Soft landing Sensitivity analysis Response surfaces Hierarchical optimization

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Soft landing stability analysis of a Mars lander under uncertain terrain

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Chinese Journal of Aeronautics 2022年第11期35卷 377-388页

作者： Yang DONG jianzhong ding Chunjie WANG Hui WANG Xueao LIU School of Mechanical Engineering and Automation Beihang UniversityBeijing 100191China StateKey Laboratory of Virtual Reality Technology and Systems Beihang UniversityBejing 100191China

Safe soft landing of the lander is vital to the Mars surface exploration mission. Analysis and verification of the landing stability under uncertain terrain play an important role in lander design. However, the effect of uncertain terrain is ignored in most existing studies, making the analysis incomprehensive and increasing the risk of landing failure in practice. In this paper, a Mars lander with 10 attitude control thrusters is introduced and its dynamics model is then established considering plastic deformation parts and nonlinear contact forces. The effectiveness and accuracy of the dynamics modeling method are verified by experiments with an average relative error of 10%.In order to carry out the dynamics simulation with high-fidelity terrain, a terrain generation method based on statistical data is proposed. Through Monte Carlo simulation under a 50 m × 50 m randomly generated landing terrain, the stability of the lander and the effects of attitude control thrusters are analyzed. The results show that the failure rate is 5.5%, in which the primary failure forms are overturning and abnormal attitude. When the landing simulations are repeated without thrusters, the stable ratio decreases from 94.5% to 90.7%, suggesting the positive effects of attitude control thrusters in improving landing stability under rough terrain.

关键词： Mars lander Attitude control Uncertain terrain Stability analysis Monte Carlo simulation

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含铰链间隙板式卫星天线展开精度分析

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北京航空航天大学学报 2016年第12期42卷 2625-2631页

作者：丁建中王春洁北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083 北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室北京100083

板式卫星天线展开机构在航天领域有着广泛的应用,其空间尺寸大,拓扑结构复杂,构件之间多用铰链联结,卫星天线对指向精度要求较高,应考虑铰链间隙对指向精度的影响。含铰链间隙的卫星天线展开机构的指向精度分析建模复杂、求解困难,为此... 详细信息

板式卫星天线展开机构在航天领域有着广泛的应用,其空间尺寸大,拓扑结构复杂,构件之间多用铰链联结,卫星天线对指向精度要求较高,应考虑铰链间隙对指向精度的影响。含铰链间隙的卫星天线展开机构的指向精度分析建模复杂、求解困难,为此提出了矩阵法分块建模的分析方法,将复杂的整机模型分解成锁定机构计算模型与2个单闭环机构计算模型,分别分析计算铰链间隙对其精度造成的影响,建立整机的计算模型并采用粒子群优化算法进行求解,得到某特定构型的板式卫星天线在极恶劣工况下展开的指向误差为0.067°。研究表明,建立的计算模型精度高,通过智能优化算法求解可以快速得到卫星可展开机构的指向精度极恶劣值,为展开机构的误差补偿设计提供参考。

关键词：可展开机构误差分析铰链间隙运动学分析粒子群优化算法

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基于降维算法和等效杆长的可展结构精度分析

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航空学报 2017年第6期38卷 143-150页

作者：祁俊威王春洁丁建中北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083 北京航空航天大学北京市数字化设计与制造重点实验室北京100083

考虑铰链间隙和杆件尺寸误差的不确定性并通过概率统计方法对其进行研究,提出了一种基于单变量降维算法(UDRM)和等效杆长模型的可展结构精度分析方法。利用UDRM将可展结构的精度性能函数解耦为多个杆件尺寸误差的独立作用形式,建立精度... 详细信息

考虑铰链间隙和杆件尺寸误差的不确定性并通过概率统计方法对其进行研究,提出了一种基于单变量降维算法(UDRM)和等效杆长模型的可展结构精度分析方法。利用UDRM将可展结构的精度性能函数解耦为多个杆件尺寸误差的独立作用形式,建立精度分析模型。引入等效杆长模型,等效杆件替代原杆件进行精度计算。将铰链间隙与原始杆件尺寸误差合并到等效杆件的尺寸误差中,同时证明了等效杆长尺寸误差近似服从正态分布。以某卫星可展开天线为算例,结合高斯求积公式求解展开状态下精度指标的分布期望和方差。通过与蒙特卡罗模拟(MCS)和一次二阶矩(FOSM)法计算结果的对比验证了本文精度分析方法的正确性和高效性。

关键词：铰链间隙尺寸误差可展开结构精度分析降维算法等效杆长

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探测器触地关机软着陆稳定性分析

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北京航空航天大学学报 2018年第3期44卷 614-620页

作者：丁宗茂王春洁吴宏宇丁建中郭璠北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083 虚拟现实技术与系统国家重点实验室北京100083 中国空间技术研究院北京100094

深空探测器软着陆过程中发动机未能正常关闭将极大降低其软着陆稳定性,因此引入了触地关机着陆方案。针对触地关机方案,建立了腿式探测器动力学分析模型及发动机推力控制模型。考虑着陆环境与探测器着陆状态的不确定性,采用蒙特卡罗模... 详细信息

深空探测器软着陆过程中发动机未能正常关闭将极大降低其软着陆稳定性,因此引入了触地关机着陆方案。针对触地关机方案,建立了腿式探测器动力学分析模型及发动机推力控制模型。考虑着陆环境与探测器着陆状态的不确定性,采用蒙特卡罗模拟分别对探测器在主发动机关闭失败时、触地关机着陆方案下、带有姿态控制的触地关机着陆模式下的软着陆稳定性进行了分析。采用描述性采样方法抽取样本点,基于均值估计相对误差建立模拟终止准则,在保证模拟精度的前提下提高蒙特卡罗模拟效率。计算并对比了3种着陆方式下探测器软着陆可靠度,触地关机方案可在主发动机关闭失败后将探测器稳定着陆可靠度提升11.6%,姿态控制的引入可进一步将安全着陆的可靠度提升9.7%。

关键词：深空探测器动力学分析稳定性分析触地关机蒙特卡罗模拟

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着陆器变阻尼缓冲器性能分析及参数优化

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北京航空航天大学学报 2018年第10期44卷 2149-2155页

作者：刘学翱吴宏宇王春洁丁宗茂丁建中北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083 清华大学机械工程系北京100084 北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室北京100083

为了分析带有变阻尼缓冲器的典型腿式着陆器软着陆性能,建立了着陆器的整机动力学仿真模型。结合仿真模型与蒙特卡罗法分析了着陆器在不确定着陆工况下的软着陆性能,验证了变阻尼缓冲器应用在着陆器中的可行性。基于动力学仿真模型和优... 详细信息

为了分析带有变阻尼缓冲器的典型腿式着陆器软着陆性能,建立了着陆器的整机动力学仿真模型。结合仿真模型与蒙特卡罗法分析了着陆器在不确定着陆工况下的软着陆性能,验证了变阻尼缓冲器应用在着陆器中的可行性。基于动力学仿真模型和优化拉丁超立方实验设计抽取样本点,构造了描述变阻尼缓冲器缓冲特性参数、着陆工况参数与软着陆性能指标值之间映射关系的不完全三阶多项式响应面代理模型。为了得到性能最佳的变阻尼缓冲器,结合响应面模型、蒙特卡罗法与第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对变阻尼缓冲器的缓冲特性参数进行了优化。通过仿真模型验证,优化后的变阻尼缓冲器使着陆器的软着陆性能得到提升。

关键词：腿式着陆器变阻尼缓冲器动力学分析响应面模型蒙特卡罗法多目标优化

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年产3000万m^2纸面石膏板生产线的设计

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新型建筑材料 2005年第4期32卷 15-17页

作者：丁建中施存有中国新型建筑材料工业杭州设计研究院浙江杭州310003

我国纸面石膏板自20世纪70年代开始研制,发展至今已建成几十条生产线,但大多生产线年产量在1000万m以下,难以形成规模效应。由中国新型建筑材料工业杭州设计研究院设计成功的年产3000万m2纸面石膏板生产线是我国目前单线规模最大、装备... 详细信息

我国纸面石膏板自20世纪70年代开始研制,发展至今已建成几十条生产线,但大多生产线年产量在1000万m以下,难以形成规模效应。由中国新型建筑材料工业杭州设计研究院设计成功的年产3000万m2纸面石膏板生产线是我国目前单线规模最大、装备及工艺技术先进的生产线。介绍该生产线设计的技术特点、生产系统技术装备、自动化控制及节能环保等情况。

关键词：纸面石膏板技术及装备生产线设计

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简述民间鉴藏对吴门画派形成与发展的影响

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艺术博物馆 2021年第6期 174-181页

作者：丁建中苏州市公共文化中心(吴作人艺术馆)

自宋元以来,尤其到了明代中期,以苏州为中心的江南地区逐渐成为了全国的经济中心和文化高地。其时,高度发展的农业、手工业、商业及对外贸易,不但为这一地区百姓的生活提供了甚为富足的物质基础保障,还为民众的精神需求创造了丰厚的滋... 详细信息

自宋元以来,尤其到了明代中期,以苏州为中心的江南地区逐渐成为了全国的经济中心和文化高地。其时,高度发展的农业、手工业、商业及对外贸易,不但为这一地区百姓的生活提供了甚为富足的物质基础保障,还为民众的精神需求创造了丰厚的滋养资源和重要的财力支撑。从而在江南地区催生了许多民间的书画艺术爱好者和书画艺术品收藏家,更诞生了一些在中国书画文化发展史上颇具影响力的书画收藏家和收藏家族。

关键词：吴门画派中国书画书画艺术文化发展史鉴藏明代中期财力支撑江南地区

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小行星探测器附着碎石层的稳定性分析方法

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振动与冲击 2022年第23期41卷 129-139页

作者：王辉董洋丁建中刘学翱王春洁北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室北京100191

小行星探测器在星体表面的稳固附着是探测任务的关键所在。以某型小行星探测器为研究对象,将离散元方法和多体动力学仿真方法相结合,建立了同时考虑缓冲机构作用和碎石层碰撞作用的耦合仿真模型,用来分析小行星探测器在碎石层的附着稳... 详细信息

小行星探测器在星体表面的稳固附着是探测任务的关键所在。以某型小行星探测器为研究对象,将离散元方法和多体动力学仿真方法相结合,建立了同时考虑缓冲机构作用和碎石层碰撞作用的耦合仿真模型,用来分析小行星探测器在碎石层的附着稳定性。而后,给出了探测器附着稳定性的综合评价参数,并在此基础上,针对典型附着工况,采用耦合仿真模型分析了探测器的附着稳定性。在特定的竖直速度下,通过全因子试验设计方法选取样本点,基于耦合仿真模型的计算结果,利用三阶多项式建立性能评价参数关于不同碎石层坡度、探测器水平速度和偏航角的代理模型,并利用代理模型确定了探测器的附着稳定性边界,分析了不同工况参数下的稳定性边界变化趋势。最后,根据稳定性边界分析结果,确定了三组恶劣附着工况,并在此基础上分析了竖直速度对附着稳定性的影响。该研究方法对于我国未来小行星附着探测任务的顺利开展具有一定的指导意义。

关键词：小行星探测多体动力学离散元耦合仿真稳定性分析

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上海北翟路车辆段列车出入段能力研究

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城市轨道交通研究 2010年第7期13卷 37-39页

作者：丁建中王喜军上海申通地铁集团有限公司上海高级工程师201103 铁道第三勘察设计院集团有限公司天津300251

列车的出入段能力需要与正线的运营能力相匹配,与正线列车的运行间隔相适应。通过对上海北翟路车辆段列车出入段方案的分析,指出对于拥有长大联络线的车辆段,宜采用扩大车辆段连锁的方案,通过段内调车的形式使出段列车呈队列排列,提高... 详细信息

列车的出入段能力需要与正线的运营能力相匹配,与正线列车的运行间隔相适应。通过对上海北翟路车辆段列车出入段方案的分析,指出对于拥有长大联络线的车辆段,宜采用扩大车辆段连锁的方案,通过段内调车的形式使出段列车呈队列排列,提高列车出段的效率,达到与正线列车运行间隔相匹配的效果。在此基础上,对正在运营、在建和即将建设的项目提出了具体的意见和建议。

关键词：城市轨道交通车辆段出入段能力

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