高速远程地震黄土滑坡发生机制试验研究

研究了一种新的远程导弹飞行轨道的可行性,它的最大飞行高度约100km. 这种 超低弹道,借鉴卫星模式,利用离心力抵抗重力. 与卫星轨道运行不同的是,超低弹道周围 的稀薄空气影响至关重要,必须考虑. 计算和分析结果表明,在相同载荷条件和射程条件下, 超低弹道和经典的最小能量弹道对于火箭动力的需求大致相当,射程10000km以上基本相同. 头部半径为5cm的轴对称外形,沿超低弹道飞行时,其驻点热流在高度26km左 右达到最大值 50MW/m2, 约为最小能量弹道驻点热流最大值的50%. 由于超低弹道对升力没有要求, 飞行过程中的气动加热问题,沿用成熟方法如烧蚀防热即可解决. 总体而言,超低弹道对于 火箭动力与外形气动力/热要求,现有技术容易满足,因此利用它增强远程导弹的突防能力是 现实可能的.     

离心力和滑翔距离对于高超声速巡航飞行性能的影响

高超声速巡航飞行器(HCV)是21世纪国际空天技术竞争的焦点, 它的飞行性能可以用初始发射质量与广义有效载荷之比衡量. 文献[1]建立了该性能的耦合分析框架. 在这个框架下进一步考虑了离心力和滑翔距离两个重要因素的影响. 定量分析表明: 给定飞行距离, 对HCV飞行性能影响最大的是巡航速度, 其次是升阻比, 再次是巡航发动机比冲. 随着飞行距离的增加, 由于离心力和滑翔距离的计入, 火箭动力HCV的飞行性能大幅提高, 从近中程到远程均显著优于经典的最小能量弹道. 吸气式冲压发动机尽管比冲大幅优于火箭发动机, 但在巡航速度适用范围和飞行器升阻比方面, 均不及后者. 综合而言, 火箭动力HCV是现阶段非常有竞争力的选择.      

基于吸气式电推进的超低轨飞行系统分析

超低地球轨道(超低轨, VLEO)飞行器对于高质量通讯、地球与空间科学观测具有重要意义.为了克服超低轨区域的高层大气阻力,使飞行器长期在轨飞行,吸气式电推进(ABEP)飞行器的概念被提出并被广泛研究.文章首先分析了吸气式电推进飞行器在150 km高度轨道的主要飞行约束,包括归一化的工质平衡和能量平衡,并提出了影响飞行器超低轨维持的主要因素.为了使有效载荷飞行器长期维持在150 km附近超低轨高度并保持一定的载荷有效覆盖率,提出了两种超低轨飞行系统方案,包括基于无线能量传输技术构建的飞行系统和近地点150 km椭圆轨道飞行系统.计算了相应的轨道高度限制并考虑有效载荷地面覆盖率给出了星座构建方案,评估了上述两种方案的可行性与综合效果.两种方案中,有效载荷均可以在150 km附近的轨道高度内长期维持地面覆盖率,可以为超低轨长期稳定的通讯网络构建、对地观测和相关科学实验提供条件.     

基于非线性耦合本构关系模型的尖化前缘气动加热影响研究

结合数值模拟与风洞试验技术,在高超声速连续/稀薄滑移流条件下对尖化前缘这一典型构型的气动加热影响开展深入研究.在三维有限体积框架下,应用非线性耦合本构关系(nonlinear coupled constitutive relations, NCCR)模型对试验工况下的尖化前缘外形开展数值计算,检验NCCR模型在尖化前缘构型中准确描述局部稀薄非平衡流动和物面气动热的性能.数值结果与实验数据对比表明,在等效高度33 km的风洞试验条件下, NCCR模型计算得到的驻点热流系数峰值同实验值偏差为1.81%, Fay-Riddell公式和纳维-斯托克斯(Navier-Stokes, NS)方程得到的驻点热流系数峰值同实验值偏差均在5%以内,物面其他位置的壁面热流系数计算值与实验值偏差均在10%以内,证明此时飞行器尖化前缘区域局部稀薄气体效应对气动加热影响程度较弱;在等效高度60 km时,飞行器尖化前缘区域附近的局部稀薄气体效应对气动加热的影响较为明显, NS方程计算的驻点热流系数偏差为33.31%, Fay-Riddell公式计算驻点热流系数同实验值偏差为29.5%, NCCR模型计算的驻点热流...     

关于发射人造地球卫星的最佳轨道

从动力的要求考虑,[1]中指出,发射人造地球卫星的轨道最好分为三段:一是由地面起飞冲破大气层到达一定高度的主动段,二是自由飞行段,最后是在卫星运行轨道附近通过冲击使卫星进入预定轨道的很短主动段。最佳要求是使整个发射过程中的火箭发动机的特征速度总需要量最小。分析问题时,通常认为冲击是瞬时作用的,又自由飞行段与     

高超声速非定常流动的数值模拟与气动热计算

高超声速飞行器研究中的一个重点问题是飞行器表面的气动加热,它对飞行器的气动、热特性及安全性有重要的影响.受到当前实验技术的限制,地面实验无法准确模拟真实飞行条件,所以采用数值模拟研究气动加热问题成为目前重要的研究手段.本文采用数值方法求解三维N-S方程,得到钝头体再入模型绕流的瞬态流场,驻点温度及表面热流沿轨道变化规律.计算中采用变边界条件模拟沿轨道飞行的非定常性.     

模拟Chelyabinsk小行星进入的烧蚀实验

烧蚀是小行星极高速进入地球大气层后最重要的现象之一,在很大程度上决定了小行星的质量/尺寸变化、飞行轨迹、甚至光辐射特性. 为观测小行星材料在超高速高温流场中的烧蚀现象,在电弧加热器上开展了模拟Chelyabinsk小行星事件典型弹道状态(速度约5.6 km/s,高度17 km,流星体直径1 m)的烧蚀实验. 试件为钝头外形,头部半径20 mm,半锥角18$^\circ$. 作为对比,试件分别采用玄武岩和碳钢材料. 成功记录了清晰的烧蚀动态过程,观察到两种材料试件表面的熔融损失流动、以及玄武岩试件的蒸发喷射和崩裂剥落等现象,全程测得烧蚀气体发射光谱、试件实时外形变化、表面热图变化等数据. 分析结果显示了两种材料明显不同的烧蚀现象和质量损失机制:碳钢在高温气流冲击作用下溅射成大量微小液滴,跟随气流高速流失;玄武岩质量损失以熔融物剪切流动为主,并伴随少量块状剥落及蒸发喷射. 烧蚀时间为4 s,玄武岩和碳钢的质量损失及驻点后退量分别为37.9 g,72.7 g以及7.3 mm,13.1 mm,估算玄武岩材料的有效烧蚀焓约为2.6 MJ/kg,两种材料的烧蚀光谱测量组分与电镜能谱扫描结果吻合.      

某火箭弹标准外形引信气动加热计算

为了评估弹体飞行中产生的气动热对弹头引信的影响,采用计算流体动力学(CFD)方法对某火箭弹标准外形引信体在飞行条件下的气动加热过程进行了数值计算与分析.计算中,将获得的某火箭弹实际弹道参数进行了分段线性拟合,得到了计算域入口处的速度、温度、压强与时间的函数关系;结合分析对象的特点,采用结构化网格、远场压力边界条件、k-ε模型,利用有限体积法、耦合求解法模式、二阶迎风格式进行求解,得出了某火箭弹标准外形引信在弹道中不同时刻的温度场变化规律.计算结果与遥测试验结果的比较表明:两者变化的趋势及量值大小相吻合,两者的最大误差为13.0%,满足工程应用要求.     

面向突防的多导弹协同弹道规划方法

针对目前多弹协同研究中长距离、宽速域、大空域协同弹道规划研究匮乏这一问题,同时考虑通过弹道设计降低飞行过程中雷达探测概率的实际需求,提出了一种面向突防的多导弹攻击时间/攻击角度协同的弹道规划方法。根据雷达方程,建立了威胁量化模型;针对多导弹攻击时间/攻击角度协同作战需求,给出了实现攻击时间/攻击角度协同的方法;设计了协同弹道规划求解框架,将上述协同攻击问题转化为非线性规划问题,基于hp-自适应Radau伪谱法进行求解得到了满足攻击时间/攻击角度协同的弹道,并对两种典型案例进行了仿真验证。同地先后发射和不同地同时发射情况下,均得到了满足攻击时间/攻击角度协同的弹道。仿真结果表明,该方法能够满足雷达探测威胁最小条件下,多导弹以协同攻击时间/攻击角度对目标实施打击。     

ARCJET ABLATION EXPERIMENT TO SIMULATE THE CHELYABINSK ASTEROID ENTRY 1)

烧蚀是小行星极高速进入地球大气层后最重要的现象之一,在很大程度上决定了小行星的质量/尺寸变化、飞行轨迹、甚至光辐射特性. 为观测小行星材料在超高速高温流场中的烧蚀现象,在电弧加热器上开展了模拟Chelyabinsk小行星事件典型弹道状态(速度约5.6 km/s,高度17 km,流星体直径1 m)的烧蚀实验. 试件为钝头外形,头部半径20 mm,半锥角18$^\circ$. 作为对比,试件分别采用玄武岩和碳钢材料. 成功记录了清晰的烧蚀动态过程,观察到两种材料试件表面的熔融损失流动、以及玄武岩试件的蒸发喷射和崩裂剥落等现象,全程测得烧蚀气体发射光谱、试件实时外形变化、表面热图变化等数据. 分析结果显示了两种材料明显不同的烧蚀现象和质量损失机制：碳钢在高温气流冲击作用下溅射成大量微小液滴,跟随气流高速流失;玄武岩质量损失以熔融物剪切流动为主,并伴随少量块状剥落及蒸发喷射. 烧蚀时间为4 s,玄武岩和碳钢的质量损失及驻点后退量分别为37.9 g,72.7 g以及7.3 mm,13.1 mm,估算玄武岩材料的有效烧蚀焓约为2.6 MJ/kg,两种材料的烧蚀光谱测量组分与电镜能谱扫描结果吻合.     

Dynamics of separation of a single drop in air

The processes of formation of alcohol and water drops, as well as formation of small fragments—satellites, are traced using the high-speed filming. The trajectory of a water drop satellite is nonmonotonic, at first the satellite moves upward against the gravity force, reaches the oscillating residual fluid at the nozzle exit, and then starts to move down. From the satellite, a microdroplet is ejected, which bounces off the residual fluid at the nozzle, returns back to the satellite and merges. In the case of an alcohol drop, no accompanying microdroplet is formed, and the satellite follows a nearballistic trajectory.     

USEFUL RELATIVE MOTION DESCRIPTION METHOD FOR PERTURBATIONS ANALYSIS IN SATELLITE FORMATION FLYING

Nomenclature OXYZEarth’sequatorialinertialreferenceframeωArgumentofperigee SlxyzLeadingsatelliteorbitframeMMeananomaly SfxyzFollowingsatelliteorbitframefTrueanomalyaSemi majoraxisθ=ω fArgumentoflatitude eEccentricitynMeanmotion iOrbitinclinationrSatel…     

Determination of trajectory parameters for a small satellite using raw satellite measurements

The problem of determining the trajectory parameters of a small satellite using a satellite navigation equipment is studied. A raw data processing algorithm is proposed when the measurements from a global navigation satellite system are not always regular.     

倾斜轨道电动力绳系卫星回收控制

考虑电动力影响,建立了倾斜轨道绳系卫星系统的动力学模型,研究了子星回收过程的非线性最优控制. 应用Legendre伪谱算法,将连续时间最优控制问题离散化,进而利用非线性规划方法进行求解,通过数值模拟验证了方法的有效性. 结果表明,在满足相关约束的条件下,通过调节系绳张力和电动力,可将子星回收到靠近主星的指定位置.      

Refinement of trajectory parameters for GPS and GLONASS navigation satellites using IGS position data

The inaccurate knowledge of navigation satellite trajectory parameters is one of the factors decreasing the accuracy of processed measuring data. The problem of refining such parameters in a post-processing mode on the basis of IGS position data is considered.     

Optimal synthesis in the problem of uniaxial stabilization for a satellite in the case of phase constraints

The optimal stabilization problem for the pitching oscillations of a satellite is considered. For the reduced system, an optimal control problem with phase constraints is formulated and a controllability domain is constructed. A necessary optimality condition (the maximum principle for the optimal control problem with phase constraints) is used to determine the optimal trajectories, the nature of interaction between a trajectory and the phase constraint boundary, and the number of boundary segments. An optimal synthesis is proposed in the constructed domain.     

磨合过程中液体润滑实现超低摩擦的混合模型研究

针对球-盘滑动试验,在磨合过程中获得超低摩擦的液体润滑状态,建立耦合流体润滑、粗糙接触力学、Archard磨损方程和相关物理参数(液体黏度、表面粗糙度和磨损系数)时变函数的混合模型,研究磨合过程中液体润滑的摩擦系数演化. 通过数值模拟结果可知:在磨合过程中,润滑介质等效黏度增大,形成流体动压润滑薄膜,有效隔开粗糙表面;其次在磨合过程中,新生成的表面粗糙度降低,减少粗糙峰承载比,实现超低摩擦润滑状态;最后在适当的液体黏度和提高表界面效应减少边界摩擦系数,可进一步实现液体超低摩擦润滑状态. 为磨合过程宏观液体润滑性能演化所建立的混合数值模型对提高液体润滑超低摩擦设计效率具有重要价值意义.      

WHY CAN THE MAJOR PLANETS HAVE THEIR SATELLITES MOVING IN DIRECT AND RETROGRADE ORBITS AS WELL?

Now we use the Jacobian integral of circular restricted three-body problem toestablish a testing function of the stability of satellites.This method of criterion may beapplied to the stability problem of satellites when the six elements of the instantaneous orbitof the satellite with respect to its parent planet are known.By means of an electronic computer,we can find the stable region of a satellite with aquasi-circular orbit.The boundary surface of this region is a nearly oblate ellipsoid.Thevolume of this enclosed space is much smaller than that of binding by Hill surface and thatof“sphere of action”.As the expressions of relative kinetic energy of a satellite with respect to its parentplanet have the same form for the direct as well as the retrograde orbits,they can coexist inthe same region at the same time.     

ON THE NONHOLONOMIC CONSTRAINTS AND MOTION CONTROL OF WHEELED MOBILE STRUCTURES1)

当质点沿光滑曲线运动时,必须满足横向速度为零的条件.同样地,不同轮式移动结构在平面上做光滑曲线运动时都需要满足该非完整约束条件.本文结合轮子转速和它们运动速度的完整约束关系,理清各轮式移动结构的完整和非完整约束,然后利用 Euler-Lagrange 方程方便地推导出相应的动力学方程.另外,通过该非完整约束,将目标轨迹曲线转化为速度目标的形式,然后引入目标轨迹曲线的相对曲率设计合适的动态跟踪目标.进一步,通过采用该动态跟踪目标可以将轮式移动结构的运动规律和动力学方程有机结合起来,并将原运动任务简化为一般的 轨迹 控制问题.基于该动态跟踪目标可以为轮式移动结构设计合适的鲁棒跟踪控制器,通过跟踪目标轨迹曲线的相对曲率来实现对目标曲线的精确跟踪.最后,理论分析和仿真结果显示,采用动态目标跟踪方法能够从根本上解决初始速度误差过大和位置误差不断被累积的问题,即使前向速度误差系统不稳定的,实际运动轨迹也几乎能和目标轨迹曲线重合.     

论轮式移动结构的非完整约束及其运动控制

当质点沿光滑曲线运动时,必须满足横向速度为零的条件.同样地,不同轮式移动结构在平面上做光滑曲线运动时都需要满足该非完整约束条件.本文结合轮子转速和它们运动速度的完整约束关系,理清各轮式移动结构的完整和非完整约束,然后利用 Euler-Lagrange 方程方便地推导出相应的动力学方程.另外,通过该非完整约束,将目标轨迹曲线转化为速度目标的形式,然后引入目标轨迹曲线的相对曲率设计合适的动态跟踪目标.进一步,通过采用该动态跟踪目标可以将轮式移动结构的运动规律和动力学方程有机结合起来,并将原运动任务简化为一般的 轨迹 控制问题.基于该动态跟踪目标可以为轮式移动结构设计合适的鲁棒跟踪控制器,通过跟踪目标轨迹曲线的相对曲率来实现对目标曲线的精确跟踪.最后,理论分析和仿真结果显示,采用动态目标跟踪方法能够从根本上解决初始速度误差过大和位置误差不断被累积的问题,即使前向速度误差系统不稳定的,实际运动轨迹也几乎能和目标轨迹曲线重合.