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火箭着陆制导的二阶皮卡切比雪夫牛顿类方法

西北工业大学学报 2024年第1期42卷 98-107页

作者：唐婧媛苟永杰马洋洋泮斌峰西北工业大学航天学院陕西西安710072 上海宇航系统工程研究所上海201108

针对火箭一子级着陆问题,提出一种基于二阶皮卡-切比雪夫-牛顿类算法的制导方法。基于动力学方程的自然二阶皮卡迭代格式及切比雪夫多项式,将连续时间动力学方程进行离散化处理;将考虑终端约束的着陆问题转化为关于终端约束函数的非线... 详细信息

针对火箭一子级着陆问题,提出一种基于二阶皮卡-切比雪夫-牛顿类算法的制导方法。基于动力学方程的自然二阶皮卡迭代格式及切比雪夫多项式,将连续时间动力学方程进行离散化处理;将考虑终端约束的着陆问题转化为关于终端约束函数的非线性最小二乘问题,并采用高斯-牛顿方法求解该问题;在此基础上,在高斯-牛顿法的迭代过程中引入投影方法,实现推力的不等式约束。基于上述算法设计闭环制导并完成着陆段数值仿真。仿真结果表明,该制导方法具有较好的终端精度及计算效率。

关键词：火箭垂直着陆皮卡迭代高斯-牛顿法

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喷气驱动航天器姿态控制强化学习算法及实验

宇航学报 2024年第6期45卷 903-913页

作者：杜德嵩刘延芳袁秋帆赵福友齐乃明哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 上海宇航系统工程研究所上海201109

针对喷气驱动航天器在推力幅值受限条件下的姿态控制问题,提出一种姿态控制强化学习算法。该算法包含两个神经网络,即控制策略网络和李雅普诺夫神经网络。其中,控制策略网络直接以喷气推力器的推力作为输出,训练数据中推力满足幅值约束... 详细信息

针对喷气驱动航天器在推力幅值受限条件下的姿态控制问题,提出一种姿态控制强化学习算法。该算法包含两个神经网络,即控制策略网络和李雅普诺夫神经网络。其中,控制策略网络直接以喷气推力器的推力作为输出,训练数据中推力满足幅值约束条件,隐式地解决推力分配优化和控制量饱和问题;设计姿态控制强化学习算法,并引入基于样本数据的航天器姿态稳定性定理,保证学习得到的控制策略的稳定性。仿真结果表明,与主流的强化学习算法和传统姿态控制方法相比,所提出的姿态控制算法在敏捷性方面表现出显著优势。此外,将控制策略移植到半物理仿真平台,控制策略能够有效完成航天器的大角度机动任务,从而证明了通过所提出的姿态控制算法训练得到的控制策略具有良好的泛化性和鲁棒性。

关键词：强化学习姿态控制李雅普诺夫函数半物理仿真

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升力体火箭上面级分离弹簧优化设计研究

西北工业大学学报 2024年第1期42卷 108-116页

作者：缪佶孙晓娜落䶮寿安军北京宇航系统工程研究所北京100076

针对升力体火箭在低空高速飞行环境下上面级分离难度大的问题,提出了一种基于分离弹簧的上面级分离方案,将ADAMS和Matlab集成实现了分离多体动力学仿真分析,采用试验设计方法对同时考虑分离工况偏差和分离弹簧偏差的上面级分离过程进行... 详细信息

针对升力体火箭在低空高速飞行环境下上面级分离难度大的问题,提出了一种基于分离弹簧的上面级分离方案,将ADAMS和Matlab集成实现了分离多体动力学仿真分析,采用试验设计方法对同时考虑分离工况偏差和分离弹簧偏差的上面级分离过程进行打靶仿真计算,确保了分离方案的可靠性。为了进一步优化分离方案,基于Isight建立了上面级分离优化问题模型,并采用多岛遗传算法对分离弹簧质量进行了优化设计,在确保分离过程满足全部约束条件的情况下使分离弹簧质量大幅降低,其降幅达到了48.87%,有效提升了火箭性能。

关键词：上面级分离分离弹簧动力学仿真打靶仿真优化设计

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激光除漆对铝合金基材表面质量的影响

表面技术 2024年第3期53卷 200-209页

作者：李强赵子铭刘伟军卞宏友王蔚王慧儒沈阳工业大学沈阳110870

目的研究激光除漆后对铝合金基材表面阳极氧化膜的损伤情况。方法采用纳秒脉冲激光器对涂覆复合漆层的2A12铝合金表面进行激光清洗试验。采用超景深显微镜对清洗后表面形貌与横截面进行观察,利用扫描电子显微镜与能谱仪观察清洗后的微... 详细信息

目的研究激光除漆后对铝合金基材表面阳极氧化膜的损伤情况。方法采用纳秒脉冲激光器对涂覆复合漆层的2A12铝合金表面进行激光清洗试验。采用超景深显微镜对清洗后表面形貌与横截面进行观察,利用扫描电子显微镜与能谱仪观察清洗后的微观形貌,并利用维氏硬度计对表面显微硬度进行检测。结果选择合适的激光参数能够完全除去复合漆层,当激光功率过高或激光扫描速度较低时,会发生过度清洗现象,清洗后表面的阳极氧化膜层发生损伤,甚至被去除的情况。在激光功率为450、400 W,扫描速度为4.5 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层发生破损;在激光功率为450、400 W,扫描速度为4 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层已经被去除。在激光功率为500 W,扫描速度为5.5 mm/s,与激光功率为450 W,扫描速度为5 mm/s时,完全去除复合漆层后的阳极氧化膜层表面的平均维氏硬度分别约为211HV与242HV,在工艺参数为450 W、4.5 mm/s时,表面平均维氏硬度约为168HV。结论在激光除漆的过程中,采用合适的激光工艺参数彻底去除漆层后,铝合金表面阳极氧化膜层的显微硬度并未受到影响。在发生过度清洗时,铝合金表面的阳极氧化膜层会发生烧蚀损伤以及弹性振动剥离。

关键词：脉冲激光铝合金激光除漆阳极氧化膜表面损伤表面硬度

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基于数字主线的弹箭产品XBOM数据管理

西北工业大学学报 2024年第3期42卷 521-530页

作者：冯蕴雯陈俊宇侯杰然路成刘晚移西北工业大学航空学院陕西西安710072 北京宇航系统工程研究所北京100076

弹箭产品的多视图物料清单XBOM(X bill of material)是多利益攸关方从不同寿命阶段的结构组成、数据信息以及交互流程等角度对弹箭产品的全方位基础支持文件。对弹箭产品XBOM数据进行管理,统筹管控全寿命周期内的数据,可消除不同寿命阶... 详细信息

弹箭产品的多视图物料清单XBOM(X bill of material)是多利益攸关方从不同寿命阶段的结构组成、数据信息以及交互流程等角度对弹箭产品的全方位基础支持文件。对弹箭产品XBOM数据进行管理,统筹管控全寿命周期内的数据,可消除不同寿命阶段相关方、业务及数据间的交互脱节及单向传递,为弹箭产品实现全数字模型供应提供有效数据源支持。为满足面向弹箭产品XBOM数据的有机集成及多方协同需求,提出了基于数字主线的弹箭产品XBOM数据管理体系和方法。通过剖析数字主线框架,提出并建立了基于数字主线的弹箭产品XBOM数据管理体系。以“数据-交互-建模-应用”的体系层次为指导,提出了基于数字主线的弹箭产品XBOM数据管理方法,包含数据组织、数据关联关系分析、数据建模及数据应用。以某型运载火箭结构系统为对象,开发基于数字主线的弹箭产品XBOM数据管理体系并进行了应用验证。文中所提出体系和方法为实现弹箭产品XBOM数据管控、集成及共享提供具体指导,有利于促进我国弹箭产品全寿命周期数据管理系统的发展。

关键词：数字主线物料清单数据管理弹箭产品数据模型

Harmony SE在民用飞机设计中的应用

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西北工业大学学报 2024年第1期42卷 35-44页

作者：刘晚移冯蕴雯侯杰然陈俊宇郭英男西北工业大学航空学院陕西西安710072 北京宇航系统工程研究所北京100076

随着民用飞机技术精细化和产品复杂性的提高,民用飞机设计已从传统的基于文档的系统工程转变为基于模型的系统工程,系统表达也从以文档为中心转变为以模型为中心。为进一步提高民用飞机设计中系统建模的模型质量与正确性,进而缩短设计... 详细信息

随着民用飞机技术精细化和产品复杂性的提高,民用飞机设计已从传统的基于文档的系统工程转变为基于模型的系统工程,系统表达也从以文档为中心转变为以模型为中心。为进一步提高民用飞机设计中系统建模的模型质量与正确性,进而缩短设计的开发周期与成本,探究以模型驱动及验证为主导的系统工程方法在民用飞机设计领域的适用性,建立民用飞机设计的系统工程框架,用以支持民用飞机的可靠设计与高效交付。以Harmony SE建模方法为切入点,介绍其工作流程和建模思想;分析民用飞机在系统工程实践中出现的突出问题,说明Harmony SE方法在民用飞机系统工程领域的适用性,建立民用飞机设计的系统工程实践体系;以油箱增压组件为研究对象,应用实践体系开展组件级系统工程实践。结果表明,文中所提出的民用飞机设计系统工程体系和方法能够正确合理地分配设计需求并建立完整的系统模型,有助于提升现阶段民用飞机设计的效率与准确性。

关键词：基于模型的系统工程 Harmony SE 民用飞机架构模型油箱增压组件

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机载捷联惯导系统振动性能提升研究

宇航学报 2024年第4期45卷 532-539页

作者：成果达瞿晓东张懿西北工业大学自动化学院西安710072 航空工业西安飞行自动控制研究所西安710065

针对振动条件下,惯性测量组件产生耦合角振动,进而引起圆锥误差导致惯性导航精度降低的问题,提出了一种考虑减振器刚度不一致性与各向异性情况下,惯性测量组件振动耦合角运动的分析方法。从力学分析出发,推导了惯导系统空间六自由度矩... 详细信息

针对振动条件下,惯性测量组件产生耦合角振动,进而引起圆锥误差导致惯性导航精度降低的问题,提出了一种考虑减振器刚度不一致性与各向异性情况下,惯性测量组件振动耦合角运动的分析方法。从力学分析出发,推导了惯导系统空间六自由度矩阵振动微分方程;建立了惯导系统振动方程的数值解计算模型。其次,基于工程实际,使用数值仿真软件分析减振器批次刚度一致性和刚度各向异性的影响;并通过有限元仿真分析对比验证了减振器刚度波动导致的偏心距引起耦合角速度计算结果。最后分析了减振系统不同谐振频率对角振动幅值的影响机理。

关键词：捷联惯导系统振动性能角振动

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C/SiC-BN复合材料的制备及氧化行为

无机材料学报 2024年第7期39卷 779-786页

作者：姜灵毅庞生洋杨超张悦胡成龙汤素芳沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870 中国科学院金属研究所沈阳110016

C/SiC复合材料作为一种高温结构材料,在航空航天热防护领域具有广泛的应用前景。然而,该材料的中低温抗氧化性能相对较差,制约了其在更广泛领域的应用。本研究采用料浆抽滤工艺,通过调节料浆中陶瓷含量在纤维增强体中引入不同含量的抗... 详细信息

C/SiC复合材料作为一种高温结构材料,在航空航天热防护领域具有广泛的应用前景。然而,该材料的中低温抗氧化性能相对较差,制约了其在更广泛领域的应用。本研究采用料浆抽滤工艺,通过调节料浆中陶瓷含量在纤维增强体中引入不同含量的抗氧化组元BN,再通过反应熔体渗透法制备C/SiC-BN复合材料。系统研究了不同BN含量对复合材料结构组成及抗氧化行为的影响,并分析相关氧化机理。研究结果表明:引入BN颗粒显著降低了C/SiC的开口孔隙率,并明显提高了C/SiC的起始氧化温度。引入质量分数3%BN时,C/SiC-BN复合材料(B3样品)的抗氧化性能最优,其在900、1200和1500℃静态氧化1 h的质量损失率分别为0.009%、–0.301%、–0.596%,显著优于C/SiC。1500℃氧化后,B3样品的强度保持率最高,达到52%。900℃氧化时,C/SiC-BN复合材料主要经历C相和BN相的氧化,以O_(2)扩散反应控制的缓慢失重为主;1200℃氧化时,C相和BN相氧化速率加快,SiC发显著氧化,生成的B_(2)O_(3)、硼硅酸盐和SiO_(2)等氧化产物减缓了O_(2)的扩散速率,减小了基体碳的损伤;1500℃氧化时,SiC氧化速率加快,生成的SiO_(2)在复合材料表面形成的连续氧化膜阻碍了O_(2)的向内扩散。B_(2)O_(3)、CO等气体产物溢出及持续生成SiO_(2)主导了整个氧化过程。

关键词：料浆浸渍 C/SiC BN 微观结构氧化行为

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高温合金基于二次K熵的疲劳扩展声发射特征

材料研究学报 2024年第7期38卷 490-498页

作者：景婷梁哲铭于洋沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870 沈阳飞机设计研究所沈阳110035

用高灵敏声发射技术在线监测金属疲劳裂纹的扩展,研究了高温合金基于二次K熵的疲劳扩展声发射特征,提出二次K熵方法并将计算结果作为分析这种不确定性的新参数。研究结果表明,金属疲劳扩展过程中的声发射信号具有混沌特性,对其二次K熵... 详细信息

用高灵敏声发射技术在线监测金属疲劳裂纹的扩展,研究了高温合金基于二次K熵的疲劳扩展声发射特征,提出二次K熵方法并将计算结果作为分析这种不确定性的新参数。研究结果表明,金属疲劳扩展过程中的声发射信号具有混沌特性,对其二次K熵处理结果表明其趋势变化与疲劳裂纹扩展过程有更为清晰的对应关系,且能提前得到更为精确的疲劳断裂信息,提前率达到8%以上,为预测疲劳断裂提供了依据。

关键词：材料失效与保护疲劳裂纹扩展混沌特性声发射