基于虚拟中心引力场方法的航天器转移轨道设计

空间机动技术是实现空间操作任务的基础,具有重要的研究价值. 研究了连续推力作用下航天器转移轨道设计问题,提出了一种基于虚拟中心引力场的轨道设计方法. 该方法有两大特点:(1) 能够将机动轨道设计问题转化为虚拟中心引力场参数的优化问题,简化了设计过程;(2) 对轨道形状或推力方向、大小不做任何假定,能够应用于一般情况下的机动轨道设计. 将该方法应用于航天器二维和三维的转移轨道设计,并和形状方法进行了对比分析. 仿真结果分析表明,采用该方法简化了轨道设计过程,为航天器快速轨道设计提供了新思路.      

四元数的一种新的代数结构

在四元数力学的数学方法研究中，首次引入了友向量的概念，借助四元数的复表示方法，进一步研究了四元数力学中的系列数值计算问题，给出了相应问题的简单计算和论证方法，建立起了一套四元数力学的简单数学方法。     

一种高精度捷联姿态算法

本文讨论求解捷联姿态矩阵的等效矢量算法。利用ＧｏｏｄｍａｎＲｏｂｉｎｓｏｎ定理，从几何角度推导出计算等效转动矢量的公式，从而得到一种高精度捷联姿态算法。进行了数字仿真，并与四元数法、二子样、三子样、四子样算法进行了比较，结果表明，这种算法可大大减小圆锥误差，具有运算量小、精度高的优点。     

陀螺进动与强迫进动轨道

陀螺进动与轨道进动现象的相似性归因于二者的动力学相似性. 通过类比二者的动力学模型,提出了一类强迫进动轨道. 若以圆轨道为初始轨道,通过施加常值法向力可以实现一种特殊的悬浮型强迫进动轨道. 采用四元数建模方法求解了这种强迫进动轨道的进动规律,给出了解析表达式,据此分析了这种轨道的性质. 分析结果表明这种强迫进动轨道与初始圆轨道在同一球面上,且与初始位置相切. 其角速度为进动角速度与初始轨道角速度的合成,是一种悬浮轨道,即属于非开普勒轨道. 悬浮轨道在地球观测、行星际科学、天文观测、无线电通讯以及地球工程等领域具有潜在应用前景. 从强迫进动的角度出发所作的分析为悬浮轨道的实现提供了一种新途径.     

一种改进的模型缩聚方法

提出了一种改进的模型缩聚方法．针对Guyan法缩聚技术的不足之处作出改进,推导了相关公式．以平面桁架结构为算例,比较了改进方法与Guyan方法的模态计算结果．结果表明,改进的方法比Guyan 方法提高了精度．     

小行星捕获轨道优化研究综述

小行星捕获对研究行星起源、地球生命来源、防御小行星撞击地球和开采行星矿产资源具有重要的意义。由于现有的推进器能力不足,小行星捕获任务中优化小行星捕获所需要的速度增量是任务成败的关键。本文分别从利用引力辅助轨道优化、连续小推力轨迹优化、小行星捕获任务轨道优化设计及小行星临时捕获等4 个方向介绍小行星捕获轨道优化方面国内外研究进展及现状。基于对上述研究现状的分析,尝试展望小行星捕获轨道优化研究的未来发展趋势。     

一种应用四元数的快速传递对准方法

传递对准是舰载武器惯导系统初始对准的一种有效办法，为满足舰载武器要反应快的要求，必须在短时间内对初始不对准角进行估计并加以补偿。文中建立了采用四元数的传递对准的，线性模型，在此基础上进行卡尔曼滤波，解决了舰载垂直发射导弹的初始对准问题，同时又克服了一般四元数对准模型非线性滤波计算量大，对准时间长的缺点，使导弹能在短时间内完成对准，提高其反应速度，增加其命中率。仿真结果表明，该文提出的快速对准方法具有对准速度快、精度高的优点。     

捷联惯性导航中一种算法的推证

捷联惯性导航系统中,常常用到解算四元数矩阵微分方程的问题。为此给出了解四元数矩阵微分方程的一个强有力的算式，并给出了详细的数学推导和证明。     

舰载导弹捷联系统姿态及初始对准算法的研究

舰载导弹自动驾驶仪是一个强实时姿态控制系统，姿态控制除了满足对精度的要求外，还要求具有很强的实时性。本文主要研究了舰载．导弹捷联系统的姿态和初始对准算法中姿态矩阵的求解、实时计算等问题。对欧拉角法、四元数微分方程法以及四元数递推法进行了详细的推导和计算机仿真。结果表明：四元数违推法在实时性和计算精度方面优于其它两种方法。     

周期轨道:研究神经元动力学特性的一种新语言

一种新的非线性动力学分析方法已用于神经元系统的复杂性行为的研究．这种分析的概念的基础是将所观察到的神经元活动抽象成用非稳定周期轨道的分级所描述的动力学图．在哺乳动物脑的三个具有代表性的不同组织层次的数据集中可以精确辨识出非稳定周期轨道、非稳定周期轨道分析提供了一种解码、预测和控制这些神经元系统的新奇的可供选择的方法．     

超弹性橡胶材料的改进Rivlin模型

讨论了不可压缩橡胶材料的超弹性唯象本构模型.从物理机理上,分析了neo-Hookean模型、Mooney模型、三阶Rivlin模型及Ogden模型的优缺点.在此基础上,将Rivlin模型改进成为W=B00(A3-3)+N∑i+j=1Bij(A1-3)i(A2-3)j,这种新形式具有优点:①若取前三项(N=1),则其结果与不可压缩线弹性的应变能相等,能够精确满足拉伸及压缩的线性关系,但剪切的线性关系是近似满足的.②当N≥2时,简单剪切中的应变能及剪应力τxy在小应变情况下是以剪应变γxy为等比的多项式展开;而Rivlin模型只能保证简单剪切中的应变能及剪应力τxy是以(γxy)2为等比的级数展开的形式,当取前两项的情况下,Rivlin模型(即Mooney模型)只能精确保证常剪切,拉伸及压缩的线性关系无法得到保证.针对典型实验数据,若取同阶次多项式,论文模型的同类实验数据预测及不同类实验数据间相互预测的精度都比Rivlin模型的高.     

多体系统动力学Kane方法的改进

基于Kane方法, 针对约束多体系统, 建立了一种新型的自动组集系统动力学方程的方法. 首先提出偏速度矩阵和偏角速度矩阵的概念, 将各体对系统广义惯性力的贡献用简洁、统一的数学形式表达. 然后引入各个运动学变量的递推关系以提高建模效率.最后对新型的Kane方程进行扩展, 用于处理多体系统中的运动约束. 该算法适用于任意多体系统, 建立的动力学模型不含待定乘子, 维数与系统广义速率相同, 利于控制系统设计.对带有闭环约束的空间多机械臂系统的数值仿真验证了方法的正确性.      

结构模型缩聚的改进IRS方法1)

模型缩聚法在结构的静力和动力特性分析中有着广泛的应用。应用模型缩聚法,可以有效降低结构的有限元计算规模,节省计算时间和成本,并能获得和实验测量自由度相匹配的有限元模型。本文在改进模型缩聚方法(improved reduced system, IRS)的基础上,提出一种考虑二阶惯性量的改进IRS方法,有效改进了IRS方法的计算精度,和模型缩聚迭代法(iterated IRS, IIRS)相比,此方法计算量更小且计算精度更高。以桁架结构和框架结构为例对所提二阶IRS方法进行了验证,并将计算结果与精确值、Guyan缩聚解、IRS缩聚解和IIRS缩聚解进行了比较,结果表明了所提方法计算精度最好,具有良好的工程应用前景。     

非完整系统动力学中的Vakonomic模型和Четаев模型

综述了非完整系统动力学中Чｅтａｅв模型和Ｖａｋｏｎｏｍｉｃ模型．论证了Ｈｅｒｔｚ,Ｃａｐｏｎ和Ｌｉｎｄｅｌｏｆ的工作与Ｖａｋｏｎｏｍｉｃ模型相吻合,而Ｈｏｌｄｅｒ,Ｐａｒｓ和Чаплыгин的工作与Четаев模型相吻合;Ｖａｋｏｎｏｍｉｃ模型和четаев模型两类模型并存的局面可以追溯到非完整力学发展的初期．说明了伴随两类模型并存的现象而出现的两个问题:ｄ－δ交换性问题和∫－δ交换性问题．综述了我国学者为统一两类模型作出的贡献．最后,展望了该领域的研究方向．      

非完整系统动力学中的Vakonomic模型和Четаев模型

综述了非完整系统动力学中Чｅтａｅв模型和Ｖａｋｏｎｏｍｉｃ模型．论证了Ｈｅｒｔｚ,Ｃａｐｏｎ和Ｌｉｎｄｅｌｏｆ的工作与Ｖａｋｏｎｏｍｉｃ模型相吻合,而Ｈｏｌｄｅｒ,Ｐａｒｓ和Чаплыгин的工作与Четаев模型相吻合;Ｖａｋｏｎｏｍｉｃ模型和четаев模型两类模型并存的局面可以追溯到非完整力学发展的初期．说明了伴随两类模型并存的现象而出现的两个问题：ｄ－δ交换性问题和∫－δ交换性问题．综述了我国学者为统一两类模型作出的贡献．最后,展望了该领域的研究方向．     

AN IMPROVED IRS METHOD FOR STRUCTURE MODEL CONDENSATION1)

模型缩聚法在结构的静力和动力特性分析中有着广泛的应用。应用模型缩聚法,可以有效降低结构的有限元计算规模,节省计算时间和成本,并能获得和实验测量自由度相匹配的有限元模型。本文在改进模型缩聚方法(improved reduced system, IRS)的基础上,提出一种考虑二阶惯性量的改进IRS方法,有效改进了IRS方法的计算精度,和模型缩聚迭代法(iterated IRS, IIRS)相比,此方法计算量更小且计算精度更高。以桁架结构和框架结构为例对所提二阶IRS方法进行了验证,并将计算结果与精确值、Guyan缩聚解、IRS缩聚解和IIRS缩聚解进行了比较,结果表明了所提方法计算精度最好,具有良好的工程应用前景。     

大型柔性航天器动力学与振动控制研究进展

随着航天重大工程的逐步实施,航天器正朝着超高速、超大尺度、多功能的方向发展,其面临的发射和运行环境也更加恶劣.航天器发射过程中的振动及其主/被动控制、在轨运行中大型柔性航天器动力学建模与动态响应分析、结构振动与飞行器姿态的混合控制等问题越来越复杂且难于处理;航天器结构的大型化和柔性化(如大阵面天线和太阳翼等)也对其地面试验和半实物仿真提出了挑战.本文着重介绍大型柔性航天器涉及到的动力学与振动控制问题,包括航天器发射过程中的整星隔振,大型柔性结构动力学建模与振动响应分析,大型柔性航天器的结构振动与姿轨控耦合动力学及其混合控制等.提炼出航天动力学与控制领域中亟待解决的若干基础科学问题,包括:多刚柔体系统动力学建模与模型降阶(涉及大变形柔性体动力学建模、多求解器合作仿真、模型降阶、组合结构动力学建模的解析方法等);复杂结构状态空间模型构建方法与能控性(涉及状态空间模型构建的理论与实验方法、复杂结构振动控制系统的能观性与能控性等);航天器姿态运动与大型柔性结构振动的混合控制律设计(涉及姿态机动与结构振动的鲁棒混合控制、执行机构与压电控制器的协同控制等).      

一个解剖基人体下肢的生物动力模型--第一部分: 模型描述

建立一个完整的解剖基人体下肢二维（矢状面内）生物动力模型,该模型仿真了人体下肢的生物动力运动,并可用来计算人体下肢在冲击外载荷或肌肉活性力的作用下,下肢的重要承力部位－膝关节处的结构力（包括：膝关节的咬合接触力、膝关节处四个主要韧带张力等）和人体下肢的肌肉群力;同时本模型也可用来计算人体下肢在运动期间,膝关节处的咬合位移以及膝关节和髋关节的屈伸位移等。另外,模型还为研究人工关节、人工韧带和人工肌肉     

地球轨道空间碰撞风险区域态势分析

太空中的人造目标数量持续加速增长,地球轨道空间已变得愈发拥挤,在轨卫星运行中面临的碰撞风险日益升高。本文基于公开的大量空间目标编目轨道数据,对当前空间环境下在轨卫星面临的碰撞威胁程度进行了简要计算和分析,给出不同轨道区域中卫星的碰撞风险等级,并指出了几个碰撞风险显著偏高的典型区域。最后,从空间碎片环境安全角度出发,对卫星轨道选取提出建议,可为待发射卫星的轨道部署提供参考。

     

复杂刚—柔混合机构的动力学分析方法

本文应用柔性多体系统理论分析了复杂刚－柔混合机构的动力学问题，用单项递推组集方法建立了系统的动力学模型，用模态综合方法描述柔性的变形，对空间四连杆机构进行了动力这仿真。讨论了安装误差对系统动力学性态的影响。