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壁面渗透气膜工质对圆锥高超声速边界层稳定性的影响

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物理学报 2024年第12期73卷 221-234页

作者：胡玉发易仕和刘小林徐席旺张震张臻国防科技大学空天科学学院长沙410073

壁面渗透气膜是一种有应用前景的高超声速边界层转捩控制和减阻降热方式.在马赫数6高超声速静音风洞内,使用纳米粒子示踪的平面激光散射(nano-tracer planar laser scattering,NPLS)技术和高频脉动压力测试技术,研究了壁面渗透气膜工质... 详细信息

壁面渗透气膜是一种有应用前景的高超声速边界层转捩控制和减阻降热方式.在马赫数6高超声速静音风洞内,使用纳米粒子示踪的平面激光散射(nano-tracer planar laser scattering,NPLS)技术和高频脉动压力测试技术,研究了壁面渗透气膜工质(氦气、空气和二氧化碳)在相同体积流量条件下对圆锥高超声速边界层的影响.实验结果表明,壁面渗透气膜显著增厚了边界层,最厚位置都出现在渗透区域下游边界处,且氦气气膜时边界层最薄,二氧化碳气膜时最厚.通常,空气气膜和二氧化碳气膜使得边界层内提前出现规则的绳状交织的第二模态波结构,但体积流量较大条件下二氧化碳气膜时,扰动波结构类似剪切层不稳定性.氦气气膜时,扰动波结构不是第二模态波,其形状不规则,随时空变化较大,壁面脉动压力功率谱密度没有出现峰值频率.空气气膜时第二模态波波长大约是边界层厚度的2—3倍,而二氧化碳气膜时增大到3倍以上.二氧化碳气膜时第二模态波峰值频率最小,频带范围最窄,波长最长,幅值最大,扰动波传播距离较远且非线性相互作用较强.

关键词：高超声速边界层壁面渗透气膜第二模态波剪切层不稳定性

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空间目标远距离磁控方法及应用分析

系统工程与电子技术 2024年第1期46卷 261-270页

作者：赵宏亮张元文杨乐平黄涣马天国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

星间电磁力/力矩作用相对于传统航天器操控方式,具有不消耗推进剂、无羽流污染、可控能力强等优势。因此,在交会对接、编队集群、失效卫星消旋等方面得到了广泛关注。然而,电磁力/力矩的数值与场源作用距离的3到4次方成反比,导致电磁力... 详细信息

星间电磁力/力矩作用相对于传统航天器操控方式,具有不消耗推进剂、无羽流污染、可控能力强等优势。因此,在交会对接、编队集群、失效卫星消旋等方面得到了广泛关注。然而,电磁力/力矩的数值与场源作用距离的3到4次方成反比,导致电磁力/力矩的有效作用空间有限。磁化同轴枪强流脉冲放电装置可产生高传输速度(~1000 km/s)、高电子密度(~10^(16)cm^(-3))、高能量密度(~1 MJ/m^(2))、具有球马克位形的等离子体环,且等离子体环的放电电流可产生强度可观的环向磁场和极向磁场(~1 T)。此外,等离子体环的生成和输运环境与空间真空环境高度契合。基于磁化同轴枪生成具有球马克位形的等离子体环并将等离子体环所携带磁场远距投送的新型磁控方式,本文研究可控等离子体环远距投送对空间目标的磁控能力以及对空间目标消旋/回收的应用潜力等,并通过初步仿真算例予以验证结论的正确性。

关键词：等离子体环磁场冻结空间目标磁控操控能力创新应用

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航天器轨道追逃动力学与控制问题研究综述

国防科技大学学报 2024年第3期46卷 1-11页

作者：朱彦伟张乘铭杨傅云翔杨乐平国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

随着航天器交会与接近操作技术的快速发展,轨道追逃问题逐渐成为航天领域的研究热点。从动力学与控制视角,对航天器轨道追逃问题的研究现状进行综述。给出了基于定量微分对策的轨道追逃问题模型的一般形式,系统梳理了各种类型的轨道追... 详细信息

随着航天器交会与接近操作技术的快速发展,轨道追逃问题逐渐成为航天领域的研究热点。从动力学与控制视角,对航天器轨道追逃问题的研究现状进行综述。给出了基于定量微分对策的轨道追逃问题模型的一般形式,系统梳理了各种类型的轨道追逃问题;对于追逃策略求解,分别针对闭环策略和开环策略,分析了各种方法的优缺点;围绕人工智能算法与轨道追逃问题的结合,阐述了基于深度神经网络和强化学习的轨道追逃策略的研究现状。关于未来展望,提出了追逃博弈态势分析、多航天器博弈控制、三体条件下博弈动力学与控制等发展方向。

关键词：航天器追逃博弈微分对策深度神经网络强化学习

采用电磁分流阻尼的反作用飞轮隔振方法设计与分析

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振动工程学报 2024年第2期37卷 247-257页

作者：张涵罗青国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

反作用飞轮是重要的卫星姿态控制执行机构,也是星上最主要的微振动源。针对反作用飞轮转速范围宽的工作特点,本文提出采用六脚隔振装置结合电磁分流阻尼技术的隔振方法。考虑陀螺效应的耦合作用,建立了反作用飞轮与隔振装置的一体化动... 详细信息

反作用飞轮是重要的卫星姿态控制执行机构,也是星上最主要的微振动源。针对反作用飞轮转速范围宽的工作特点,本文提出采用六脚隔振装置结合电磁分流阻尼技术的隔振方法。考虑陀螺效应的耦合作用,建立了反作用飞轮与隔振装置的一体化动力学模型。通过理论分析和数值仿真,研究了陀螺效应对系统的模态、固有频率以及隔振性能的影响,并分析了关键参数对系统隔振性能的影响。开展了隔振优化设计,对优化后的隔振性能进行分析,并对隔振装置中的单个隔振单元进行实验验证,验证了电磁分流阻尼和弹簧刚度对隔振性能的影响。

关键词：微振动隔振反作用飞轮电磁分流阻尼

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航天器轨道追逃态势分析的水平集方法

国防科技大学学报 2024年第3期46卷 30-38页

作者：杨傅云翔杨乐平朱彦伟张乘铭国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

航天器轨道追逃是当前航天动力学与控制领域的研究热点。针对轨道追逃定性问题开展研究,提出了一种综合运用降维动力学模型和后向可达集的航天器近距离轨道追逃态势分析方法,以支撑任务可行性分析;通过在视线旋转坐标系下推导博弈系统... 详细信息

航天器轨道追逃是当前航天动力学与控制领域的研究热点。针对轨道追逃定性问题开展研究,提出了一种综合运用降维动力学模型和后向可达集的航天器近距离轨道追逃态势分析方法,以支撑任务可行性分析;通过在视线旋转坐标系下推导博弈系统降维动力学模型,建立近距离追逃定性问题模型,减少了状态空间维度;使用目标集的后向可达集描述捕获区并划分追逃状态空间,基于水平集方法建立可达集在降维动力学模型中演化的动态HJI(Hamilton-Jacobi-Isaacs)偏微分方程,并设计WENO-TVD求解器数值计算HJI方程终值问题粘性解,完成了追逃目标集的准确描述并避免了可能出现的终端奇异现象。通过不同推力构型的追逃场景数值仿真验证了方法的有效性,展现了一次计算批量化处理初始态势的功能。

关键词：航天器追逃博弈可行性分析水平集方法

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飞翼布局飞行器研究现状分析

国防科技大学学报 2024年第3期46卷 39-58页

作者：陈清阳辛宏博王鹏朱炳杰王玉杰鲁亚飞国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

对飞翼布局飞行器的发展脉络进行了梳理,涵盖了从其早期的进化史到现阶段的研究进展,并对未来的发展方向进行了思考和展望。同时,论述了飞翼布局飞行器的几个主要控制难点,具体包括:宽速域非线性状态下的姿态控制问题、多效应耦合下的... 详细信息

对飞翼布局飞行器的发展脉络进行了梳理,涵盖了从其早期的进化史到现阶段的研究进展,并对未来的发展方向进行了思考和展望。同时,论述了飞翼布局飞行器的几个主要控制难点,具体包括:宽速域非线性状态下的姿态控制问题、多效应耦合下的高精度自主起降控制问题、气动模型近似及强扰动状态下的鲁棒控制难题,以及因多舵面冗余而引起的控制分配问题。此外,还深入讨论了当前重点研究的飞翼布局飞行器的流动控制问题,并对接下来主动流动控制技术的研究动向进行了阐述。

关键词：飞翼布局飞行器控制系统主动流动控制

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X射线脉冲星导航空间试验进展与展望

航空学报 2024年第6期45卷 265-277页

作者：郑伟王禹淞姜坤王奕迪国防科技大学空天科学学院长沙410073 北京跟踪与通信技术研究所北京100094

X射线脉冲星导航(XNAV)技术作为一种新型的航天器自主导航技术,是目前深空探测巡航段最有潜力的自主导航技术之一。X射线脉冲星导航的概念提出于20世纪80年代,经过数十年的发展,该技术已逐渐从理论研究走向空间试验。介绍了近些年国内... 详细信息

X射线脉冲星导航(XNAV)技术作为一种新型的航天器自主导航技术,是目前深空探测巡航段最有潜力的自主导航技术之一。X射线脉冲星导航的概念提出于20世纪80年代,经过数十年的发展,该技术已逐渐从理论研究走向空间试验。介绍了近些年国内外完成的脉冲星导航空间试验,系统梳理和分析了当前脉冲星导航空间试验使用的信号处理方法、导航方法和X射线探测终端。根据国内外脉冲星导航空间试验的特点,总结了目前国内脉冲星导航试验在在轨解算和X射线探测终端方面的不足。最后,结合空间试验的现状及工程应用的实际需要,对未来脉冲星导航空间试验进行了展望。

关键词： X射线脉冲星脉冲星导航空间试验脉冲星信号处理 X射线探测终端

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GEO轨道太阳帆热致干扰力矩分析

中国空间科学技术（中英文） 2024年第3期44卷 167-173页

作者：王杰余晔张涛国防科技大学空天科学学院长沙410073

太阳帆由轻质伸展臂张拉大面积柔性薄膜结构组成。当太阳帆经历空间高低温环境时,温度场突变以及材料热膨胀系数的不一致将激起伸展臂的变形和振动,对太阳帆的姿态产生干扰力矩,影响控制系统的稳定性。提出了太阳帆热致干扰力矩分析方法... 详细信息

太阳帆由轻质伸展臂张拉大面积柔性薄膜结构组成。当太阳帆经历空间高低温环境时,温度场突变以及材料热膨胀系数的不一致将激起伸展臂的变形和振动,对太阳帆的姿态产生干扰力矩,影响控制系统的稳定性。提出了太阳帆热致干扰力矩分析方法,以豆荚杆式伸展臂支撑的太阳帆为仿真对象,建立了热-结构分析模型,分析了太阳帆在进出地影时结构的瞬态温度场分布,进一步计算了突变温度场下结构的动态响应,最后获取了热致动力学响应对中心星体的干扰力矩。数值仿真结果表明,热致变形和进出地影时伸展臂的热致振动将会对太阳帆中心星体造成不可忽视的干扰,干扰力矩幅值达10-3 N·m。提出的方法可对太阳帆在轨热扰动响应进行精确预示,对工程设计具有理论指导意义。

关键词：太阳帆热致动力学响应 GEO 温度场干扰力矩

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高增塑PEG弹性体网络结构与力学性能关系

含能材料 2024年第2期32卷 204-210页

作者：王耀霄王小英陈晨谭茱匀周星国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073 湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003

为了建立硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂中高增塑的聚乙二醇(PEG)基聚氨酯的微观结构与宏观力学性能的相关性,以缩二脲三异氰酸酯(N⁃100)为多官能度固化剂,与硝酸酯增塑的PEG混胶固化,制备了固化参数1.2~1.7的高增塑PEG弹性体。采用单轴拉... 详细信息

为了建立硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂中高增塑的聚乙二醇(PEG)基聚氨酯的微观结构与宏观力学性能的相关性,以缩二脲三异氰酸酯(N⁃100)为多官能度固化剂,与硝酸酯增塑的PEG混胶固化,制备了固化参数1.2~1.7的高增塑PEG弹性体。采用单轴拉伸、X射线衍射、低场核磁共振、平衡溶胀测试方法,对PEG弹性体交联网络微观结构特征进行研究,并基于低场核磁结果,分析了不同网链结构对高增塑PEG弹性体力学性能的影响。结果表明:由于高增塑的特性,PEG弹性体为非晶态,悬尾链与自由链总比例大于85%,交联网络结构完整度低,弹性体呈高伸长率、低抗拉强度和低初始模量的特点。弹性体抗拉强度和初始模量均与交联链网链密度呈正相关;随着物理暂时缠结网链密度的升高,最大伸长率先升高后降低。固化参数为1.6的CU⁃5弹性体交联网络最完整,抗拉强度为0.80 MPa,最大伸长率为1456%,力学性能最优。2种方法测得的网链密度满足低场核磁法交联链密度(νL,A)<溶胀法网链密度(νs)<低场核磁法交联链与悬尾链总网链密度(ν_(L,A+B))的大小关系。

关键词：聚乙二醇聚氨酯弹性体交联网络结构力学性能低场核磁