航天器最优受控绕飞轨迹推力幅值延拓设计方法

针对航天器燃料最优可变周期绕飞轨迹的求解问题, 提出了一种以推力幅值为延拓参数的延拓方法. 问题求解从最为简单的双脉冲绕飞轨迹出发, 首先利用有限推力替代脉冲推力, 设定推力序列为“开— 关— 开”,然后逐步减小推力幅值, 最终得到最小推力绕飞轨迹; 此后, 再逐步增加推力幅值, 结合主矢量曲线判断最优推力开关序列, 将最小推力解延拓至有限推力以及脉冲推力燃料最优解. 该方法通过对推力幅值的延拓, 实现了有限推力bang-bang 控制与脉冲推力燃料最优绕飞轨迹优化问题的一并求解, 同时避免了最优控制问题中协态变量的随机猜测. 慢速与快速绕飞算例的优化结果验证了所提出方法的有效性.      

搭接剪切试件的优化设计

在采用搭接剪切试件进行的剪切强度实验中,试件失效往往是由于试件两端的剥离应力过大,而不是切应力造成的,这往往造成错误的实验结果. 通过有限元和光弹实验相结合的方法研究在搭接结构中引入凹槽以使试件所受的切应力均匀分布并减少两端的剥离应力,从而提高实验精度的可行性. 研究表明,只要凹槽的形状和位置合适,完全可以达到上述效果,从而实现了搭接剪切试件的优化设计.     

基于星历匹配法的载人小行星探测轨迹优化问题求解

对基于星历匹配法的载人小行星探测轨迹优化问题解法进行了研究. 提出星历匹配法的概念,利用其求出最优发射窗口初值与候选最优探测序列,然后利用遗传算法对特定探测序列的时间节点等参数进行优化,最后利用基于庞德里亚金极大值原理的同伦法进行小推力转化以求得最终探测轨道及其推力控制律. 结果显示星历匹配法可以快速准确地求出最优发射窗口初值与候选探测序列,这大大提高了载人小行星探测等多目标交会探测问题的求解效率.     

载人登月轨道研究综述

21世纪初叶,美国星座计划、欧洲曙光计划以及中国嫦娥工程计划的相继提出,彻底拉开了人类重返外太空的序幕,载人登月也被赋予了全新的涵义和使命.探测内容的多样化,轨道设计的复杂精细化,宇航员安全保障的突出化,进一步加大了载人登月工程任务设计的复杂度与难度.文中分别从载人登月轨道整体、地月转移轨道、空间交会对接以及全月面到达这4个方向介绍载人登月当前研究进展与现状,并列举了各研究领域的相关热点问题.基于对上述研究现状的分析,尝试展望了该研究领域未来的发展趋势.     

功能材料双轴拉伸十字板试件的优化设计

在对Demmerle和Boehler提出的一个基于试件实验区应力标准差的数学判据进行修正的基础上,将这一判据应用于有限元方法中,通过 ABAQUS有限元软件计算出试件实验区的应力分布,结合Powell优化设计方法,实现了对各向同性形状记忆合金材料双轴拉伸十字板试件的最优化设计.优化设计所得试件的应力位移分布图与原有的Kelly试件迸行了比较,结果表明经过优化的试件在满足双轴试验要求方面有了明显的改进.同时验证了在各向同性材料下优化所得的试件同样适用于各向异性材料.最后,对形状记忆合金相变过程在试验区中引起的应力应变变化进行了数值模拟,其结果表明优化试件完全能够满足记忆合金材料双轴实验的要求.