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基于射流飞控技术的环量控制阶段数值研究

清华大学学报（自然科学版） 2024年第2期64卷 346-357页

作者：王睿雯毕殿方黄旭东清华大学航天航空学院北京100084

环量控制技术通过调节射流喷气量实现翼型气动性能的提升,在Coanda效应作用下,翼型环量会发生改变,且尾缘后流场出现分离。目前环量控制的分离位置与射流位置、射流高度及射流强度的关系尚不明确。该文主要研究了Coanda效应对流场分布... 详细信息

环量控制技术通过调节射流喷气量实现翼型气动性能的提升,在Coanda效应作用下,翼型环量会发生改变,且尾缘后流场出现分离。目前环量控制的分离位置与射流位置、射流高度及射流强度的关系尚不明确。该文主要研究了Coanda效应对流场分布及升阻力特性的影响,并对环量控制的不同控制阶段进行了分析。首先,对NACA0012标准翼型进行尾缘修型,改变尾缘曲率和喷口高度等参数,验证环量控制的有效性;其次,在考虑攻角、动量系数、射流速度3个关键参数的情况下,引入Coanda偏转角,揭示了环量控制的Coanda效应的触发及抑制机理;最后,对NACA0012修型翼型和CC-E0020EJ环量控制翼型提出了分离预测思路。针对环量控制技术中2个控制阶段,通过推阻分解法对升力、阻力进行解构,解释了尾缘后流场分离与再附的超临界现象,提出了分离区域的分析方法。结果表明:Coanda偏转角可以作为动量系数与升力系数的物理判据,翼型下表面的压力损失导致超环量阶段的射流效率降低。

关键词：环量控制 Coanda效应失速特性射流飞行控制气动增升

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机动卫星星座对多目标成像任务规划

清华大学学报（自然科学版） 2021年第3期61卷 240-247页

作者：甘岚龚胜平清华大学航天航空学院北京100084

在卫星对地观测任务中,需要研究卫星星座的快速机动及任务规划方法。该文研究了机动卫星星座对多目标的成像任务规划算法。提出了单颗太阳同步圆轨道卫星对单个点目标的可见性分析方法,结合解析方法与数值方法,得到目标的可见性,并给出... 详细信息

在卫星对地观测任务中,需要研究卫星星座的快速机动及任务规划方法。该文研究了机动卫星星座对多目标的成像任务规划算法。提出了单颗太阳同步圆轨道卫星对单个点目标的可见性分析方法,结合解析方法与数值方法,得到目标的可见性,并给出卫星轨道机动及构型返回策略。在对多目标成像任务规划中,生成变轨策略集,并利用遗传算法求解任务规划问题,提高了计算效率。仿真结果表明:该方法准确性高,提高了星座的观测能力和平均目标观测次数。

关键词：对地观测卫星卫星星座轨道机动任务规划

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利用参照轨道要素设计卫星编队轨道

工程力学 2006年第4期23卷 144-148,154页

作者：王虎妹李俊峰杨卫清华大学航天航空学院北京100084

利用球面几何方法,引入参照轨道要素概念,给出其定义,并推导了用其描述的从星相对运动方程的精确形式。在主星偏心率为零时,根据编队飞行中相对轨道倾角很小的特点,对相对运动方程进行简化并分析相对运动的特征。设计了由一颗主星和六... 详细信息

利用球面几何方法,引入参照轨道要素概念,给出其定义,并推导了用其描述的从星相对运动方程的精确形式。在主星偏心率为零时,根据编队飞行中相对轨道倾角很小的特点,对相对运动方程进行简化并分析相对运动的特征。设计了由一颗主星和六颗从星构成合成孔径静止侦察卫星的编队应用,给出编队队形特征和主星的轨道参数,从相对运动方程计算出编队中的六颗从星的轨道要素。数值仿真结果表明:简化的方程具有很高的精度,对编队队形设计问题完全适用。

关键词：航天器飞行力学卫星编队飞行相对轨道轨道要素参照轨道要素

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超高速碰撞问题的三维物质点法

爆炸与冲击 2006年第3期26卷 273-278页

作者：马上张雄邱信明清华大学航天航空学院北京100084

简要介绍了物质点法(material point method)的离散原理,通过引入Johnson-Cook材料模型和Mie-Gruneisen状态方程,将其用于超高速碰撞问题的分析中,并编制了相应三维物质点法程序MPM3D。该方法避免了拉格朗日格式因网格畸变产生的数值困... 详细信息

简要介绍了物质点法(material point method)的离散原理,通过引入Johnson-Cook材料模型和Mie-Gruneisen状态方程,将其用于超高速碰撞问题的分析中,并编制了相应三维物质点法程序MPM3D。该方法避免了拉格朗日格式因网格畸变产生的数值困难,也克服了欧拉格式材料界面跟踪问题以及因非线性对流扩散项而引起的数值困难。利用该程序对Taylor杆高速碰撞问题和空间碎片防护超高速碰撞问题进行了数值模拟,所得数值结果与实验结果基本吻合,验证了程序的正确性,说明了物质点法在分析超高速碰撞问题时相对于有限元法的优势。

关键词：爆炸力学物质点法无网格法超高速碰撞空间碎片防护

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基于离散伴随的流场反演在湍流模拟中的应用

航空学报 2021年第4期42卷 332-343页

作者：闫重阳张宇飞陈海昕清华大学航天航空学院北京100086

精确模拟湍流流动是学术界和工业界均普遍关注的问题。采用数据驱动湍流建模的思路,建立了基于离散伴随方法的流场反演框架。通过为SA模型涡黏性输运方程的生成项乘以非均匀分布的系数,并利用有限的观测数据对该系数进行推断,实现对SA... 详细信息

精确模拟湍流流动是学术界和工业界均普遍关注的问题。采用数据驱动湍流建模的思路,建立了基于离散伴随方法的流场反演框架。通过为SA模型涡黏性输运方程的生成项乘以非均匀分布的系数,并利用有限的观测数据对该系数进行推断,实现对SA模型的修正。为了提高带有物理约束的离散伴随优化的效率,发展了约束增广的伴随方法,其高效性在本文得到了验证。选取了结冰翼型和周期山2个分离算例进行分析,所得结果在2个算例中均能以很高的精度拟合观测数据,并能借助湍流模型的修正将有限的观测信息泛化到整个流场。分析表明,流场反演所推断出的修正区域具有较为明确的物理意义,能够指导湍流模型的进一步改进。

关键词：湍流模拟数据驱动流场反演离散伴随约束优化

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考虑接触滑移的被动行走器行走步态研究

机械工程学报 2011年第13期47卷 16-22页

作者：张瑾王天舒清华大学航天航空学院北京100084

基于被动行走原理的被动行走器不同于主动控制行走器,它仅靠重力就能在下坡路面上呈现稳定的周期步态,其最大特点在于它的低能耗和自然步态。由于理论计算和试验的局限性,为了更直观地观察被动行走的行走步态,以及深入研究行走的足地接... 详细信息

基于被动行走原理的被动行走器不同于主动控制行走器,它仅靠重力就能在下坡路面上呈现稳定的周期步态,其最大特点在于它的低能耗和自然步态。由于理论计算和试验的局限性,为了更直观地观察被动行走的行走步态,以及深入研究行走的足地接触过程,利用ADAMS建立带有圆弧足的直腿被动行走器三维模型。通过对被动行走器模型参数、接触参数以及初始条件的调整得到周期性稳定行走,并对周期性稳定行走给出极限环描述。同时,利用IMPACT接触模型得到了足地接触过程中的接触力、接触轨迹等信息,进一步对行走过程进行描述。当改变足地接触刚度与接触阻尼时,被动行走器出现了跳跃和周期性跳跃的现象;改变足地之间摩擦因数时,出现了滑动现象。通过对以上现象的研究,定性地分析足地接触参数对行走步态的影响。

关键词：被动行走器接触跳跃滑动步态

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异戊烷喷淋塔内凝华碳捕集的一维模拟

清华大学学报（自然科学版） 2024年第8期64卷 1502-1508页

作者：靳鑫王兵清华大学航天航空学院北京100084

二氧化碳(CO_(2))捕集是碳减排技术的研究热点,其中低温凝华碳捕集技术具有碳捕集率高、绿色环保和二氧化碳捕集纯度高等优势,应用前景广阔。但目前凝华碳捕集的研究相对不足,且基于固体媒介凝华二氧化碳的技术途径具有显著的局限性。... 详细信息

二氧化碳(CO_(2))捕集是碳减排技术的研究热点,其中低温凝华碳捕集技术具有碳捕集率高、绿色环保和二氧化碳捕集纯度高等优势,应用前景广阔。但目前凝华碳捕集的研究相对不足,且基于固体媒介凝华二氧化碳的技术途径具有显著的局限性。该文采用基于喷淋低温液滴的凝华方法改进二氧化碳捕集技术,建立了一维异戊烷喷淋塔模型并模拟计算了稳态工作特性,通过分析喷淋塔内的温度场和浓度场,探究了喷淋塔的碳捕集率变化规律及其影响因素。结果表明:越小的液滴直径、越低的液滴初始温度和较长的气液相互作用时间对提升喷淋塔的碳捕集率具有重要作用。此外,该文还揭示了喷淋塔内二氧化碳的浓度场是凝华过程的主控因素,而塔内凝华的发展程度及碳捕集率则取决于液滴初始温度和气液相互作用时间。

关键词：异戊烷喷淋塔低温碳捕集技术气固凝华数值模拟

碎石堆小行星的散体动力学建模与仿真方法综述

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力学学报 2015年第1期47卷 1-7页

作者：张韵李俊峰清华大学航天航空学院北京100084

探测小行星将是未来几十年内航天界的研究热点.现有资料表明小行星多为疏松多孔的碎石堆结构,易受探测活动的影响而破碎瓦解,因此对其探测必须先进行动力学建模,研究探测活动与小行星结构的相互作用,确保探测任务顺利执行.在中国即将开... 详细信息

探测小行星将是未来几十年内航天界的研究热点.现有资料表明小行星多为疏松多孔的碎石堆结构,易受探测活动的影响而破碎瓦解,因此对其探测必须先进行动力学建模,研究探测活动与小行星结构的相互作用,确保探测任务顺利执行.在中国即将开展小行星探测任务的背景下,调研分析了散体动力学的研究和发展情况;并根据国内外的相关研究,对目前碎石堆小行星动力学模型与数值模拟方法的研究进行了综述;最后,结合小行星探测的应用背景,总结了小行星散体动力学模型中需解决的关键问题.

关键词：小行星探测散体动力学 N体问题碎石堆结构

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精确动力学模型下的火星探测轨道设计

中国空间科学技术 2011年第1期31卷 8-15页

作者：陈杨赵国强宝音贺西李俊峰清华大学航天航空学院北京100084

首先在二体意义下采用粒子群优化算法(PSO)求解Lambert问题,确定发射窗口和二体地火转移轨道。使用圆锥曲线拼接法设计地心停泊轨道、逃逸轨道,并作为轨道精确设计的初值,以建立在火星的B平面参数和地火转移时间为约束,在精确动力学模... 详细信息

首先在二体意义下采用粒子群优化算法(PSO)求解Lambert问题,确定发射窗口和二体地火转移轨道。使用圆锥曲线拼接法设计地心停泊轨道、逃逸轨道,并作为轨道精确设计的初值,以建立在火星的B平面参数和地火转移时间为约束,在精确动力学模型下进行微分迭代修正,最终得到满足约束的精确轨道。将设计轨道在STK软件中仿真,结果吻合。

关键词：二体问题微分迭代轨道设计精确动力学模型火星探测器仿真