基于地平仪两轴姿态测量的卫星自主相对导航

针对近圆轨道编队卫星,提出了一种仅需要地平仪两轴姿态测量的卫星自主相对导航滤波方法,利用星间相对测量与偏航姿态运动的弱相关性,解决了欠偏航量测下的相对位置估计以及三轴姿态确定问题。可观性分析证明了该方法的可行性及对编队构型参数的适应性。大量仿真表明,对于绕飞和伴飞构型,该方法均收敛,性能特性与理论分析一致。针对当前典型的地平仪与星间测量能力,相对位置滤波精度均优于2 m(3σ),绕飞构型偏航姿态精度优于1.0°(3σ),伴飞构型偏航姿态精度优于0.5°(3σ),是对中等精度编队卫星配置简化的有益探索。     

舰船武器系统姿态基准坞内标校新方法

针对武器系统姿态基准坞内标校过程复杂的问题,提出一种基于恒星参考系的基准标校方法.应用星敏感器拍摄星空图像并对星图进行处理获取量测信息,对星图进行天体辨识和恒星视位置同步计算获取基准信息,解算二者数据信息求取装备姿态,进而测量舰船不同部位装备基准偏差.建立了星敏感器与武器装备坐标系统一模型,在保证高精度的条件下解决了系统装舰对准困难的问题.实验结果表明测量精度优于10″.该方法操作简便,能有效实现舰船装备基准姿态偏差高精度测量,提高武器系统坞内标校的效率.     

飞网抛射过程母卫星姿态干扰分析与姿态控制

空间飞网是一种新型的空间碎片或漂浮物回收装置. 飞网抛射过程会对母体卫星产生较大的干扰,影响卫星的姿态稳定,因此需要设计具有抗干扰能力的控制律来保证卫星姿态的稳定. 针对空间飞网直接抛射展开过程,分析了影响飞网抛射效果的主要因素,并建立了飞网发射所产生的干扰力矩模型. 针对卫星的控制要求,建立了卫星姿态控制系统的模型,设计了滑模变结构控制器,并给出数学推导过程. 最后,通过仿真对姿态干扰及控制器控制性能进行了分析研究,结果表明,设计的控制器能够保证卫星的稳定,满足设计指标要求.     

伸缩翼飞机纵向飞行动力学研究

研究了可变翼展飞机在变翼展过程中的气动特性及纵向飞行动响应。首先基于多刚体系统动力学方法建立了可伸缩机翼飞机的动力学模型,进而获得了纵向飞行动力学方程;然后分析了飞机质心、质量矩、惯性矩随翼展的变化规律;最后通过实时气动力计算和纵向飞行动力学方程联立求解,获得了不同翼展下的飞机升力、阻力、力矩及纵向飞行动响应。结果表明:在相同迎角条件下,大翼展飞机的升力性能与小翼展飞机的升力性能相比有较大的优势;未加控制时机翼收缩导致飞机阻力和升力减小,飞行速度增大;为维持变翼过程的稳定飞行,需要对俯仰运动施加控制。     

高精度舰艇航向姿态信息标校方法和测量模型研究

提出了一种基于全站仪(TPS)的高精度航向与姿态信息的标校方法和测量模型。通过对模型误差传递的理论分析,证明该模型的精度足以满足对INS等高精度导航设备动态标校的要求。试验结果验证了这一结论。     

基于单向无迹卡尔曼滤波的飞机姿态算法

针对扩展卡尔曼滤波方法在飞机姿态滤波中存在的线性化误差大、需要解繁琐的Jacobian矩阵等问题,将一种新型卡尔曼滤波方法——单向无迹卡尔曼滤波应用于载有低精度、高噪声传感器的低成本飞机姿态滤波系统,并在精度及计算量上与EKF和容积卡尔曼滤波进行了比较。利用实测飞行数据进行实验,结果表明:相对于EKF,SUKF实现容易,且使姿态滤波精度提高到二阶;相对于CKF,SUKF计算简单,比CKF减少约33%的计算量。     

基于ALE方法的民用飞机水上漂浮特性的数值分析

飞机水上漂浮特性作为飞机水上迫降性能的一个方面,在中国民用航空总局颁布的《中国民用航空规章第25部:运输类飞机适航标准》中就指出要求需要对飞机水上迫降漂浮特性进行分析,以确保乘员能安全撤离飞机并乘上救生设备.本文基于LS-DYNA应用有限元方法建立飞机水上漂浮的数值模型,引入ALE方法描述飞机漂浮过程中水面外形,采用罚函数耦合约束模拟飞机外层与水面之间的作用,利用显式动力学方法模拟了飞机的漂浮过程,使用添加阻尼的方式用动力分析软件模拟飞机达到漂浮静态的效果,得到飞机漂浮过程中的姿态角、速度、初始淹没深度等物理量变化.     

某型惯性平台安装标校方法

为有效地提高惯性平台的维修性和互换性,给某型惯性平台设计了独特的安装及标校方式。此方法中惯性平台在安装标校时,本身不提供姿态调整的手段,而是通过带有代表惯性平台的水平及方位基准的安装检测平板作为安装标校工具。标校时,使用光学经纬仪及电子水平仪对安装检测平板上的代表惯性平台的水平及方位的光学六面体及水平基准面进行标定。以陀螺经纬仪、光学经纬仪为过渡基准,通过旋转艏向安装固定销达到将安装检测平板的光学方位基准与船体方位基准对齐的目的。以差分电子水平仪为基准,通过研磨安装固定销下垫片的厚度达到安装检测平板的水平姿态与船体基准水平平板水平姿态一致的目的。最终使用螺钉将安装固定销固紧。这样同型号的惯性平台在舰船的任意情况下将实现安装上的互换,而不需要进行二次标校。     

基于CFD的民用飞机水上迫降动力学仿真研究

针对民用飞机水上迫降动态冲击问题,采用数值仿真方法进行了研究.基于计算流体力学采用雷诺平均N–S方程求解,结合流体体积模型和全流场运动网格捕捉水?气交界面,求解六自由度方程获得飞机的位置和姿态.采用该方法研究了尾吊?高平尾布局飞机的水上迫降过程.结果表明,该方法可以较好地模拟水上迫降的运动和受力,入水早期飞机受到较大水...     

鸭式旋翼/机翼飞机悬停及小速度前飞气动干扰实验研究

鸭式旋翼/机翼飞机是一种新概念可垂直起降高速飞行器,为了解该飞机在悬停及小速度前飞时的全机气动干扰特性,在南京航空航天大学开口风洞中进行了飞机全机气动力实验,实验采用多台测力天平分别测量主机翼和机身的气动力.结果表明,悬停时受主机翼高速旋转产生的下洗尾流影响,机身产生了较大的法向力和低头力矩;前飞时下洗尾流对机身的法向力和俯仰力矩有比较严重的干扰,对滚转力矩和偏航力矩干扰较小,对侧向力有一定影响.实验结果为飞机的飞行动力学特性研究以及控制律设计提供了参考.＃     

GPS测姿技术在航天测量船的应用分析

简要介绍了航天测量船测姿系统的特点,概要分析了GPS测姿技术的原理,着重论述了GPS测姿技术在测量船上应用的可行性。     

On the evaluation of large homogeneous plastic strains

A simple technique is proposed for the evaluation of large strain increments such as those that occur in some metal-forming processes or in orthogonal metal cutting. This method depends on the use of the usual equations for the transformation of strain in two dimensions modified to include a correction due to the change in the orientation of the element during straining. This correction has been calculated for various values of strain and of initial angular orientation of the strained element, and it is shown that the average value of the element orientation, during straining, used in the equations for the transformation of “natural” strain gives excellent results.     

Improvement of Fourier Polarimetry for Applications in Tomographic Photoelasticity

The use of the Fourier Polarimetry method has been demonstrated to extract the three characteristic parameters in integrated photoelasticity. In contrast to the phase-stepping method, it has been shown that the Fourier method is more accurate. However, the Fourier method isn't very efficient as it requires that a minimum of nine intensity images be collected during a whole revolution of a polarizer while the phase-stepping method only needs six intensity images. In this paper the Fourier transformation is used to derive the expression for determination of the characteristic parameters. Four Fourier coefficients are clearly identified to calculate the three characteristic parameters. It is found that the angular rotation ratio could be set arbitrarily. The angular rotation ratio is optimized to satisfy the requirements of efficiency and proper data accuracy, which results in data collection about three times faster than the methods suggested by previous researchers. When comparing their performance in terms of efficiency and accuracy, the simulated and experimental results show that these angular rotation ratios have the same accuracy but the optimized angular rotation ratio is significantly faster. The sensitivity to noise is also investigated and further improvement of accuracy is suggested.     

变速转子准稳态主动平衡系统的增益调度控制

在现代高速旋转机械中,不平衡引起的振动是机器性能降低甚至损坏的重要原因。对变速转子准稳态主动平衡系统,可按一定时间步长把变转速离散成有限个转动角速度。针对每个离散角速度,依据影响系数法,采用包含残余振动值和校正不平衡的广义线性二次型目标性能函数推导出控制律。通过每个离散转速下影响系数的估计和增益矩阵的计算,形成对应于各离散转速的增益表,从而实现变速转子准稳态主动平衡系统的增益调度控制。数值模拟验证了增益调度控制能很好地抑制不平衡振动。与传统的加权二乘法(WLS)相比,数值模拟显示,该法对校正不平衡的惩罚可提高系统的稳定性,也可增强控制的鲁棒性。     

Creeping flow of Newtonian fluids in curved rectangular channels

The object of this paper is to present accurate numerical data concerning the creeping flow in curved annular channels with rectangular cross sections of which the outer wall is rotating with constant angular velocity. Dimensionless expressions for velocity profiles, flow rates and friction factors are obtained analytically for both the “drag” and “pressure” flow contributions. Numerical data were obtained on a digital computer and are presented in tabular and graphical form. The results of the theoretical analysis are also expressed in terms of the flow rate correction factors widely used in calculating the pumping efficiency of screw-pumps, agitators and extruders. This enables to estimate the effect of flight curvature on the pumping capacity.     

动态约束下的惯性姿态测量系统分析

分析了动态条件下，载体姿态参数的惯性测量问题。以实际工程应用为背景，推导了运动约束条件下，基于两个激光陀螺，两个加速度计的系统姿态测量模型。根据载体姿态动态变化的不同频谱特性，进行了基于频域分析的算法设计，通过实验验证了算法的可行性。     

时间同步误差对船体角形变测量的影响

针对激光陀螺船体角形变测量,分析评估了两组激光陀螺组合体时间同步误差的影响,并提出了一种时间同步误差的在线估计算法.严格推导了考虑了时间同步误差的惯性姿态匹配方程,从方程可见,船体在波浪摇摆条件下时间同步误差将导致额外的Kalman滤波观测量波动误差,直接影响船体角形变测量精度.另一方面,基于新推导的惯性姿态匹配方程,在滤波状态中增加时间延迟变量,通过Kalman滤波能够在线估计时间延迟大小.基于实测远望船体姿态和角变形数据进行了仿真,仿真测试表明大的时间延迟将导致大的船体角形变测量误差,同时验证了时间延迟在线估计方法的有效性.     

飞行器角速度测量的三轴加速度计法

飞行器角速度的测量在航空航天领域是极为重要的问题,然而现在主流的利用陀螺仪测量角速度的方法有造价较高这一问题。本文提出了一种通过测量刚体上非共线三点的加速度得到刚体角速度的方法,可以利用极为廉价的高精度加速度计较为准确地测量高速稳态飞行器的角速度。本文应用刚体运动学中的基点法,得到由刚体上非共线三点的加速度和其距离表示的刚体角速度,并对其进行了误差分析。最终采用数值模拟的方法,分析了此方法在具有较高角速度的飞行器和具有较低角速度的稳态卫星上得到的角速度的适用性。模拟结果表明,此种方法适用于稳态高角速度的飞行器。     

圆锥运动下磁场辅助角速度测量方法与实验

利用磁场传感器可辅助载体进行角速度测量.在用于飞行载体时,由于载体通常伴随有圆锥运动,并且载体自身会对内部磁场产生干扰,使磁场传感器输出产生畸变,从而导致利用磁场辅助测量的载体角速度的误差较大.针对这个问题,提出了一种基于实时误差补偿的在圆锥运动及磁场干扰影响条件下利用磁场辅助进行角速度测量的方法.该方法利用载体过去1周旋转的数据,实时对圆锥运动与磁场干扰进行补偿,然后根据补偿结果计算当前载体的角速度.当载体角速度越大时,精度越高.通过飞行实验对该方法进行了验证,实验结果表明,在角速度大于300 (°)/s时,角速度误差小于1(°)/s.     

A stream function–vorticity formulation‐based immersed boundary method and its applications

A new stream function–vorticity formulation‐based immersed boundary method is presented in this paper. Different from the conventional immersed boundary method, the main feature of the present model is to accurately satisfy both governing equations and boundary conditions through velocity correction and vorticity correction procedures. The velocity correction process is performed implicitly based on the requirement that velocity at the immersed boundary interpolated from the corrected velocity field accurately satisfies the nonslip boundary condition. The vorticity correction is made through the stream function formulation rather than the vorticity transport equation. It is evaluated from the firstorder derivatives of velocity correction. Two simple and efficient ways are presented for approximation of velocity‐correction derivatives. One is based on finite difference approximation, while the other is based on derivative expressions of Dirac delta function and velocity correction. It was found that both ways can work very well. The main advantage of the proposed method lies in its simple concept, easy implementation, and robustness in stability. Numerical experiments for both stationary and moving boundary problems were conducted to validate the capability and efficiency of the present method. Good agreements with available data in the literature were achieved. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.