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航天器姿态控制群体博弈分布式分配方法

宇航学报 2024年第3期45卷 452-461页

作者：刘浩然叶东肖楠孙兆伟哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

针对由多个细胞星构成的组合卫星的姿态控制问题,提出了一种包含控制力矩计算层与冗余力矩分配层的双层姿态控制方法。将细胞星间的冗余力矩分配问题转化为群体博弈的策略选择问题,综合考虑能量消耗、飞轮输出力矩裕度和飞轮角动量裕度... 详细信息

针对由多个细胞星构成的组合卫星的姿态控制问题,提出了一种包含控制力矩计算层与冗余力矩分配层的双层姿态控制方法。将细胞星间的冗余力矩分配问题转化为群体博弈的策略选择问题,综合考虑能量消耗、飞轮输出力矩裕度和飞轮角动量裕度设计收益函数,以力矩分配系数作为群体质量,以细胞星作为策略建立群体博弈模型。考虑群体演化中模仿和比较形成的不同演化策略,分别采用Smith动力学以及复制器动力学修订协议求解博弈的Nash均衡解,并利用有限制策略的群体博弈理论形成分布式冗余力矩分配方式,得到各个细胞星的控制策略。最后通过仿真实验验证了此分配方式的有效性。

关键词：细胞星力矩分配群体博弈 Nash均衡分布式姿态控制

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拦截高超声速滑翔飞行器:制导进展与展望

宇航学报 2024年第6期45卷 799-814页

作者：陈文雪胡玉东高长生荆武兴安若铭哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

聚焦于临近空间拦截制导关键技术,围绕中制导、中末制导交班及末制导等关键问题对临近空间拦截制导技术前景进行展望。首先对临近空间高超声速滑翔飞行器飞行特性进行仿真与分析,并给出防御系统在滑翔段拦截的优势所在;其次,围绕临近空... 详细信息

聚焦于临近空间拦截制导关键技术,围绕中制导、中末制导交班及末制导等关键问题对临近空间拦截制导技术前景进行展望。首先对临近空间高超声速滑翔飞行器飞行特性进行仿真与分析,并给出防御系统在滑翔段拦截的优势所在;其次,围绕临近空间拦截系统面对高超声速滑翔飞行器时存在的瓶颈进行探讨,并对中制导离线弹道生成与在线弹道生成、中末制导交班及末制导等关键技术相关研究进展进行梳理与总结;最后,结合当前研究进展、面临的挑战及未来临近空间拦截需求,研究分析临近空间拦截制导技术的发展趋势,为后续防御系统的发展提供参考。

关键词：临近空间拦截制导高超声速飞行器高动态机动目标防御技术

考虑温度效应的复合材料紧固结构面外拉脱性能和失效机制

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复合材料学报 2024年第9期41卷 4778-4790页

作者：刘鸿森黄凯黄金钊韩晓剑逯浩骆杨张莉果立成哈尔滨工业大学航天学院航天科学与力学系

高低温交变是航空航天领域复合材料紧固件的典型服役环境，而紧固件的力学性能与服役环境温度密切相关。为了研究温度环境对不同紧固件拉脱力学性能的影响，设计了一种适用于高低温环境的新型拉脱试验夹具，并开展了碳纤维增强双马来酰... 详细信息

高低温交变是航空航天领域复合材料紧固件的典型服役环境，而紧固件的力学性能与服役环境温度密切相关。为了研究温度环境对不同紧固件拉脱力学性能的影响，设计了一种适用于高低温环境的新型拉脱试验夹具，并开展了碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料面外拉脱试验。通过声发射(AE)技术、光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)对拉脱失效机制进行多维度表征，揭示了服役温度对两种典型复合材料紧固件面外拉脱失效机制的影响规律。研究表明，随着温度升高，凸头紧固件的拉脱强度会逐步降低，而沉头紧固件的拉脱强度先升高后降低。温度会影响紧固件拉脱过程中的损伤模式，并在高温环境下观测到基体失效呈现“河流”模式，证实了高温环境中层间裂纹扩展过程存在基体塑性变形，这为沉头紧固件拉脱强度随温度上升的现象提供了合理的解释。

关键词：新型试验夹具斜纹织物层合板拉脱失效失效分析声发射

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不完全信息Epsilon纳什均衡的航天器末端追逃博弈策略

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宇航学报 2024年第1期45卷 63-73页

作者：汤旭叶东肖岩孙兆伟哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150001

针对不完全信息下的航天器末端追逃问题,提出了一种满足Epsilon纳什均衡的微分博弈控制策略。首先,建立了完全信息下的有限时间追逃纳什均衡策略对,并将其作为目标航天器实际采取的控制策略,使目标航天器掌握博弈进程的完全信息,进而获... 详细信息

针对不完全信息下的航天器末端追逃问题,提出了一种满足Epsilon纳什均衡的微分博弈控制策略。首先,建立了完全信息下的有限时间追逃纳什均衡策略对,并将其作为目标航天器实际采取的控制策略,使目标航天器掌握博弈进程的完全信息,进而获得更好的逃逸性能。在此基础上,考虑拦截航天器不能获取目标控制矩阵信息的态势,设计了基于广义卡尔曼滤波的行为学习信息估计算法,使拦截器能够对目标的不完全信息进行估计,并提出了不完全信息下的末端追逃博弈控制策略。经过理论分析,证明了所设计的不完全信息下微分博弈策略对满足Epsilon纳什均衡。最后,仿真结果表明该算法可以有效估计目标的不完全信息,确保拦截器能够在有限时间内快速拦截目标。

关键词：航天器追逃追逃博弈策略 Epsilon纳什均衡不完全信息估计

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半解析卫星轨道不确定性快速估计方法

宇航学报 2024年第3期45卷 399-408页

作者：于彦君岳程斐李化义陈雪芹刘培哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(深圳)空间科学与应用技术研究院深圳518055 上海卫星工程研究所上海710119

基于半解析法和球形单边采样无迹变换提出一种轨道不确定性快速估计方法。首先在考虑J2摄动和大气阻力摄动的基础上,构建轨道要素解析模型用于瞬时轨道要素快速估计。随后基于该轨道要素快速估计方法,结合球形单边采样无迹变换传播初始... 详细信息

基于半解析法和球形单边采样无迹变换提出一种轨道不确定性快速估计方法。首先在考虑J2摄动和大气阻力摄动的基础上,构建轨道要素解析模型用于瞬时轨道要素快速估计。随后基于该轨道要素快速估计方法,结合球形单边采样无迹变换传播初始轨道不确定性,依据高斯摄动方程和球形单边采样点的特性对传播后的采样点进行修正,估计传播后的轨道不确定性。最后将提出的半解析法与高斯和模型相结合,以提高精度。数值仿真分析了所提出的轨道不确定性估计方法相较无迹变换法的计算效率提升程度,并依据似然一致性度量将所提出的方法与蒙特卡洛法、无迹变换法等进行了精度比较。结果表明,所提方法的计算效率相较于传统无迹变换法有较大提升,且具有合适的精度。

关键词：轨道预报不确定性传播轨道要素球形单边采样无迹变换高斯和模型

基于甲醇燃料的航空燃料电池内燃机混合动力系统性能分析

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推进技术 2024年第3期45卷 122-130页

作者：李成杰王紫璇哈婵周兆洲秦江魏立秋哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨100081 哈尔滨工业大学(深圳)智能海洋工程研究院广东深圳518055

为了实现航空碳减排的时代需求,亟需在航空燃料体系和航空动力系统方向实现技术革新。本文提出了基于甲醇燃料的航空燃料电池内燃机混合动力系统方案,甲醇通过机载在线催化重整制氢为燃料电池供氢,燃料电池和内燃机发出的电能带动电动... 详细信息

为了实现航空碳减排的时代需求,亟需在航空燃料体系和航空动力系统方向实现技术革新。本文提出了基于甲醇燃料的航空燃料电池内燃机混合动力系统方案,甲醇通过机载在线催化重整制氢为燃料电池供氢,燃料电池和内燃机发出的电能带动电动螺旋桨进行工作。进行了模块化建模方法和混合动力系统性能仿真分析研究,结果表明:混合动力系统的发电效率达到了55%,相比甲醇内燃机有了15%绝对值的效率提升,有助于降低燃料消耗。进行了混合动力系统性能参数影响规律分析,结果表明:混合动力系统的效率随着压比的增大而提高,随着燃料利用率的提高而呈现先升高后降低的效果。进行了混合动力系统的?分析,结果显示:混合动力系统中?效率最高的部件是燃料电池,?损最大的部件是重整器。质量分析结果表明:混合动力系统的功率密度达到0.488 kW/kg。

关键词：燃料电池内燃机混合动力系统甲醇燃料性能分析

一种超参数自适应航天器交会变轨策略优化方法

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宇航学报 2024年第1期45卷 52-62页

作者：孙雷翔郭延宁邓武东吕跃勇马广富哈尔滨工业大学(深圳)空间科学与应用技术研究院深圳518055 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 上海卫星工程研究所上海201109

利用强化学习技术,本文提出了一种超参数自适应的燃料最优地球同步轨道(GEO)航天器交会变轨策略优化方法。首先,建立了GEO航天器交会Lambert变轨模型。以变轨时刻为决策变量、燃料消耗为适应度函数,使用改进式综合学习粒子群算法(ICLPSO... 详细信息

利用强化学习技术,本文提出了一种超参数自适应的燃料最优地球同步轨道(GEO)航天器交会变轨策略优化方法。首先,建立了GEO航天器交会Lambert变轨模型。以变轨时刻为决策变量、燃料消耗为适应度函数,使用改进式综合学习粒子群算法(ICLPSO)作为变轨策略优化的基础方法。其次,考虑到求解的最优性和快速性,重新设计了以粒子群算法(PSO)优化结果为参考基线的奖励函数。使用一族典型GEO航天器交会工况训练深度确定性策略梯度神经网络(DDPG)。将DDPG与ICLPSO组合为强化学习粒子群算法(RLPSO),从而实现算法超参数根据实时迭代收敛情况的自适应动态调整。最后,仿真结果表明与PSO、综合学习粒子群算法(CLPSO)相比,RLPSO在较少迭代后即可给出适应度较高的规划结果,减轻了迭代过程中的计算资源消耗。

关键词：地球同步轨道 Lambert变轨强化学习粒子群算法深度确定性策略梯度

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悬吊式重力补偿系统随动控制技术与实验研究

系统工程与电子技术 2024年

作者：王旭刘延芳佘佳宇袁秋帆齐乃明哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨工业大学苏州研究院上海宇航系统工程研究所

针对悬吊式重力补偿系统对负载水平运动响应慢、随动偏差测量不可靠、负载运动易激起吊索谐振等问题，提出了基于齿轮导轨驱动、正交激光倾角测量的水平位置跟随方案。为实现随动偏差的高频、精确测量，采用正交安装的激光传感器测量出... 详细信息

针对悬吊式重力补偿系统对负载水平运动响应慢、随动偏差测量不可靠、负载运动易激起吊索谐振等问题，提出了基于齿轮导轨驱动、正交激光倾角测量的水平位置跟随方案。为实现随动偏差的高频、精确测量，采用正交安装的激光传感器测量出线口吊索相对距离，通过标定转换得到吊索偏角。通过对系统各部分建模分析及实际测量结果，设计陷波器抑制吊索谐振，实现高动态、高精度水平随动控制。实验结果表明，随动系统可以跟随被试人员的各种复杂运动，最大跟随速度大于2 m/s，且保持吊索最大偏差不超过1.4°，能够满足地外微低重力环境模拟的需求。

关键词：微低重力模拟主动二维随动跟踪动力学建模陷波器设计

接触几何参数对硬质薄膜断裂和分层失效行为的影响及其解耦分析

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摩擦学学报 2024年

作者：束坤林飞虎汪剑云吴继强马欣新张传伟古乐李臻王黎钦哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨工业大学航空航天轴承技术及装备工信部重点实验室哈尔滨工业大学郑州研究院

本文中采用有限元法分析了球头微米压痕过程中弹塑性钢基体上硬质薄膜主应力和膜基界面应力的分布和演化行为，研究了接触几何参数t/R（膜厚/球头半径）对薄膜断裂和分层的影响和作用规律，并探讨了其解耦测试分析指导准则，为膜基系统... 详细信息

本文中采用有限元法分析了球头微米压痕过程中弹塑性钢基体上硬质薄膜主应力和膜基界面应力的分布和演化行为，研究了接触几何参数t/R（膜厚/球头半径）对薄膜断裂和分层的影响和作用规律，并探讨了其解耦测试分析指导准则，为膜基系统聚合性能和界面结合性能的表征分析提供了理论指导。研究结果表明：微米压痕过程3个承载阶段薄膜的主要变形状态分别为弹性平滑变形、弯曲变形和拉伸变形。薄膜最大拉伸主应力位置当t/R较大（t/R≥0.08）时，始终位于底部弯曲变形区域；当t/R较小（t/R≤0.01）时，则始终位于表面接触区外缘的拉伸变形区域；当0.02≤t/R≤0.067时，该位置将由底部转移到表面，潜在断裂形式由径向裂纹转变为环形裂纹，转变点的临界压入深度和临界应力数值与t/R之间存在线性对应关系。随着t/R的增大，卸载过程中的最大界面法向应力增加，发生拉伸分层的可能性增加；而随着t/R的增大，界面最大切向应力随之轻微减小，但由于基体的塑性变形，界面切向应力的最大值均接近其剪切屈服强度0.6σys(1/√3σys，σys为基体屈服强度)。为避免断裂和分层相互影响，评价界面法向结合性能时应选择较大的t/R；评价界面切向结合性能时，考虑到t/R对界面切向应力影响较小，而t/R较大易触发薄膜断裂，应选择较小的t/R。

关键词：硬质固体薄膜接触几何参数解耦分析薄膜断裂界面分层有限元分析