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电动力绳系卫星系统长期离轨动力学建模与控制设计方法 被引量：1
1
作者 颜家慧 陈提 +3 位作者 文浩 罗操群 彭文轩 恽卫东 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期1792-1802,共11页
本文针对电动力绳系卫星系统的长期离轨问题,研究离轨过程中系统的非线性动力学建模以及离轨控制设计方法。基于哑铃模型假设,进行系统的姿态动力学建模。为提高动力学建模精度,计入电动力、大气阻力和地球J_(2)摄动等动力学载荷对系统... 本文针对电动力绳系卫星系统的长期离轨问题,研究离轨过程中系统的非线性动力学建模以及离轨控制设计方法。基于哑铃模型假设,进行系统的姿态动力学建模。为提高动力学建模精度,计入电动力、大气阻力和地球J_(2)摄动等动力学载荷对系统轨道运动的影响,采用修正的非奇异轨道要素描述系统的轨道动力学。针对离轨的动力学控制问题,提出了常值电流输入、方向可变的电流输入和最优控制三种电流控制设计方法,通过系绳电流设计调节电动力载荷实现离轨机动。在最优控制设计方法中,构建了带非线性约束的动力学反问题,基于非线性规划算法求解该反问题,得到最优控制参考轨迹,通过闭环反馈跟踪修正电流进行离轨。另外,提出了一种基于能量的电流开关控制策略辅助离轨,以保持系统姿态稳定和高效地利用电动力。为高效离轨对系统进行了动力学设计,并通过仿真算例对比分析了控制方法的离轨效率,验证了控制方法的有效性。 展开更多
关键词 绳系卫星系统 电动力 最优控制 长期离轨
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充气薄膜褶皱分析的高效互补有限元列式 被引量：5
2
作者 张亮 曹进军 +2 位作者 董凯骏 彭福军 恽卫东 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期1-9,共9页
褶皱变形是柔性薄膜结构的一种常见的失稳模式,其数值模拟具有挑战性。基于连续体和张力场理论,提出了一种适用于充气薄膜结构褶皱分析的互补共旋有限元方法。采用共旋坐标法,将物体的大变形分解为结构整体坐标系下的刚体运动和单元局... 褶皱变形是柔性薄膜结构的一种常见的失稳模式,其数值模拟具有挑战性。基于连续体和张力场理论,提出了一种适用于充气薄膜结构褶皱分析的互补共旋有限元方法。采用共旋坐标法,将物体的大变形分解为结构整体坐标系下的刚体运动和单元局部坐标系下小应变变形,推导了一个空间三节点三角形膜单元的切线刚度矩阵。该刚度矩阵包含材料刚度、旋转刚度和平衡投影刚度矩阵三个部分,涵盖了随动载荷对单元刚度的影响。在单元局部坐标系下,依据双模量材料本构关系构造了一个褶皱模型,能够判断单元处于“张紧”“褶皱”或“松弛”状态。进一步通过建立等价的线性互补问题,消除了迭代求解过程中的内力振荡,改善了算法的稳定性。数值算例表明:该文方法能够准确地预测充气薄膜结构的位移、应力以及褶皱区域。较之已有的“拟动态”和“惩罚”方法,该方法不需要引入额外的求解技术来保证收敛,具有良好的稳定性。 展开更多
关键词 褶皱 有限变形 张力场理论 互补 共旋方法
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对角受拉方膜褶皱变形幅值的理论预测及实验验证 被引量：5
3
作者 曹进军 张卉婷 +2 位作者 张亮 彭福军 恽卫东 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期1403-1410,共8页
柔性薄膜结构广泛应用于航天飞行器的关键部件.形面平整度是影响薄膜结构性能的主要因素之一.褶皱幅值是评价薄膜反射面天线形面平整度的重要指标.褶皱幅值的大小与垂直于褶皱方向的横向应变密切相关.本文基于薄板稳定性理论,针对对角... 柔性薄膜结构广泛应用于航天飞行器的关键部件.形面平整度是影响薄膜结构性能的主要因素之一.褶皱幅值是评价薄膜反射面天线形面平整度的重要指标.褶皱幅值的大小与垂直于褶皱方向的横向应变密切相关.本文基于薄板稳定性理论,针对对角受拉方形薄膜建立了一个能够准确预测其褶皱变形幅值的理论模型.该模型考虑了横向拉伸力对薄膜变形的影响,将垂直于褶皱方向的位移分解为由泊松效应造成的横向收缩位移、由面外变形造成的褶皱位移以及由横向拉伸力造成的拉伸位移三个部分,重新推导了褶皱幅值的理论公式.基于数字图像相关技术,对受拉方形薄膜进行了散斑实验测试.利用双目视觉三维测量系统,测量了方形薄膜的三维位移场,获得了薄膜的三维变形形貌和褶皱波形图,研究了褶皱幅值与拉伸载荷之间的非线性关系.与已有理论模型相比,该模型进一步提高了褶皱幅值的计算精度,与实验结果吻合良好.本文呈现的理论研究可为精确数值模型的建立及算法实现提供有意义的指导. 展开更多
关键词 薄膜 拉致褶皱 褶皱幅值 稳定性理论 数字图像相关
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薄膜帆式空间碎片离轨技术进展与应用 被引量：2
4
作者 恽卫东 房光强 +4 位作者 傅宇蕾 戴华杰 郑琦 王治易 施飞舟 《空间碎片研究》 2021年第3期20-28,共9页
本文概述了空间碎片的严峻形势以及未来小卫星星座快速发展对空间碎片的影响,薄膜帆式离轨技术因其成本低、技术成熟度高、对不同规格低轨道类航天器具有很好适用性等优点,成为最易于推广应用于空间碎片减缓的技术之一;梳理了国内外在... 本文概述了空间碎片的严峻形势以及未来小卫星星座快速发展对空间碎片的影响,薄膜帆式离轨技术因其成本低、技术成熟度高、对不同规格低轨道类航天器具有很好适用性等优点,成为最易于推广应用于空间碎片减缓的技术之一;梳理了国内外在薄膜帆式离轨技术方面的最新研究进展,对薄膜帆技术最新飞行试验进行了介绍;并提出了薄膜帆式空间碎片离轨主要关键技术,包括离轨效能建模与仿真、碰撞风险分析与防护设计、薄膜帆折叠展开技术和帆面长寿命设计技术等,阐述了关键技术攻关途径和后续发展方向;最后对"金牛座"离轨帆的研制和飞行试验情况进行了介绍,比较了"金牛座"卫星理论与实际离轨曲线,得出按约50%平均阻力面积可预测姿态无控飞行器在薄膜帆作用下的离轨效果,介绍了"金牛座"离轨帆技术的后续发展。 展开更多
关键词 空间碎片 薄膜帆 离轨
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离轨薄膜帆原子氧侵蚀的缺陷密度效应数值模拟研究 被引量：4
5
作者 傅宇蕾 恽卫东 +4 位作者 曹争利 彭福军 耿海峰 孙承月 吴宜勇 《空间碎片研究》 2020年第2期14-21,共8页
离轨薄膜帆在离轨过程中要长期暴露在低地轨道较为恶劣的空间环境中,其中原子氧对帆面薄膜材料的侵蚀效应会导致帆面结构损伤严重。为了合理评估离轨薄膜帆帆面材料的寿命,本文基于对帆面孔隙、裂纹、折痕等缺陷的试验表征结果,采用蒙... 离轨薄膜帆在离轨过程中要长期暴露在低地轨道较为恶劣的空间环境中,其中原子氧对帆面薄膜材料的侵蚀效应会导致帆面结构损伤严重。为了合理评估离轨薄膜帆帆面材料的寿命,本文基于对帆面孔隙、裂纹、折痕等缺陷的试验表征结果,采用蒙特卡洛数值模拟方法,建立数值仿真模型,分析不同尺度缺陷下原子氧对帆面材料的侵蚀情况,重点研究了帆面薄膜材料的原子氧掏蚀缺陷密度效应。以离轨帆从750km轨道经历38个月的离轨过程为例进行研究,计算结果表明:帆面宽度缺陷为500nm和1μm时,原子氧侵蚀作用下掏蚀形貌深度分别为1.2μm和1.4μm,掏蚀宽度分别为600nm和1.1μm。通过将仿真结果与NASA的长期暴露试验结果进行比对,验证了模型的有效性。该模型可为离轨帆寿命评估提供初步的理论依据。 展开更多
关键词 离轨帆 原子氧掏蚀 蒙特卡洛方法 缺陷密度效应
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离轨薄膜帆帆面材料原子氧侵蚀的数值模拟研究 被引量：1
6
作者 傅宇蕾 恽卫东 +3 位作者 曹争利 彭福军 孙承月 吴宜勇 《航天标准化》 2021年第1期6-11,共6页
用于空间碎片减缓的增阻离轨薄膜帆在离轨过程中,帆面材料要长期暴露在较为恶劣的空间环境中,在低地轨道,原子氧对帆面薄膜材料的侵蚀最为严重。离轨帆帆面轻薄,对缺陷敏感,帆面材料为双面镀铝的聚酰亚胺或聚酯薄膜,帆面厚度几微米,镀... 用于空间碎片减缓的增阻离轨薄膜帆在离轨过程中,帆面材料要长期暴露在较为恶劣的空间环境中,在低地轨道,原子氧对帆面薄膜材料的侵蚀最为严重。离轨帆帆面轻薄,对缺陷敏感,帆面材料为双面镀铝的聚酰亚胺或聚酯薄膜,帆面厚度几微米,镀层厚度几百纳米。为了合理的评估离轨薄膜帆帆面材料的寿命,本文基于对帆面孔隙、裂纹、折痕等缺陷的试验表征结果,采用蒙特卡洛数值模拟方法,分析不同缺陷尺度下原子氧对帆面材料的掏蚀情况。由于离轨帆帆面在叠收拢以及发射过程中均不可避免地会产生较为密集的缺陷,缺陷密度与薄膜膜厚具有可比性,因此重点研究了帆面薄膜材料的原子氧掏蚀缺陷密度效应。离轨帆从750km轨道经历38个月时间的离轨过程中,经历原子氧累积通量约为4.67E20atoms/cm2。帆面500nm和1μm宽度缺陷在原子氧掏蚀作用下破坏深度约1.2μm和1.4μm,宽度约为600nm和1.1μm。通过将仿真结果与NASA的长期暴露试验结果进行比对,验证了模型的有效性。该模型可为离轨帆寿命评估提供初步的理论依据。 展开更多
关键词 离轨帆 原子氧侵蚀 蒙特卡洛方法 缺陷密度效应
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基于环境力的空间碎片清除方式分析与评估 被引量：1
7
作者 沈晓凤 李仕海 +1 位作者 恽卫东 谢侃 《空间碎片研究》 2017年第2期27-34,共8页
空间碎片清除技术通常关注的是碎片密度较高的轨道区域，并以特定范围的尺寸为目标。LEO轨道由于地磁场、大气以及太阳光压等特殊环境的存在，区别于GEO等轨道，对大碎片的清除具有独特的轨道优势。本文对典型的基于环境力的空间碎片清... 空间碎片清除技术通常关注的是碎片密度较高的轨道区域，并以特定范围的尺寸为目标。LEO轨道由于地磁场、大气以及太阳光压等特殊环境的存在，区别于GEO等轨道，对大碎片的清除具有独特的轨道优势。本文对典型的基于环境力的空间碎片清除技术的清除原理、清除能力、对平台的物化需求进行分析比较，并评估该类清除技术作为后续LEO航天器辅助离轨的标准配置的可行性和经济性，为未来空间碎片清除技术的商业化应用提供参考。 展开更多
关键词 空间碎片 环境力 低地球轨道 清除
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大型太阳帆干扰力矩消减方法 被引量：1
8
作者 谢超 彭福军 +1 位作者 恽卫东 刘大利 《载人航天》 CSCD 2017年第4期448-453,共6页
针对柔性太阳帆大变形引起姿态干扰力矩过大的问题,采用有限元方法对一种执行太阳极轨探测的150 m×150 m柔性太阳帆进行仿真分析,采用修正的压力加载方法降低了太阳帆在光压加载下的变形分析误差,获得了帆结构在大变形下由光压引... 针对柔性太阳帆大变形引起姿态干扰力矩过大的问题,采用有限元方法对一种执行太阳极轨探测的150 m×150 m柔性太阳帆进行仿真分析,采用修正的压力加载方法降低了太阳帆在光压加载下的变形分析误差,获得了帆结构在大变形下由光压引起的干扰力矩。为降低干扰力矩量值、保证姿态稳定,提出了一种通过调整构型来降低变形量的方法,并通过仿真分析验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 太阳帆 大挠性 干扰力矩消减 有限元分析
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肝素中脂质含量的测定方法研究
9
作者 潘莎莎 陶翎 +8 位作者 郭睿 恽卫东 朱栋 杨健 李幸 徐燕妮 邹海强 汪庆燕 周翔 《质量安全与检验检测》 2021年第3期45-47,56,共4页
为建立肝素钠原料药中脂质含量的测定方法并进行验证,本文以石油醚为提取剂,采用索式提取法提取肝素中脂质后恒重称量,并对方法的范围、准确度、精密度和检测限进行验证。结果显示,检测限为50 ppm,脂质含量在50 ppm~150 ppm范围内回收... 为建立肝素钠原料药中脂质含量的测定方法并进行验证,本文以石油醚为提取剂,采用索式提取法提取肝素中脂质后恒重称量,并对方法的范围、准确度、精密度和检测限进行验证。结果显示,检测限为50 ppm,脂质含量在50 ppm~150 ppm范围内回收率符合要求。由此可见,本文建立的方法具有良好的准确度、精密度,可用于肝素钠中脂质含量的测定。 展开更多
关键词 肝素钠 脂质 含量测定
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空间增阻薄膜结构研究进展及关键技术 被引量：8
10
作者 彭福军 恽卫东 耿海峰 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第13期156-164,共9页
概述空间碎片的严峻形势和碎片减缓领域未来趋势,梳理国内外小卫星星座计划,介绍卫星离轨规范问题最新进展;提出空间增阻薄膜结构技术因成本低、技术成熟度高,对不同规格低轨道类航天器具有很好适用性,最易于推广应用于空间碎片减缓;对... 概述空间碎片的严峻形势和碎片减缓领域未来趋势,梳理国内外小卫星星座计划,介绍卫星离轨规范问题最新进展;提出空间增阻薄膜结构技术因成本低、技术成熟度高,对不同规格低轨道类航天器具有很好适用性,最易于推广应用于空间碎片减缓;对空间增阻薄膜结构技术国内外发展现状进行梳理,并提出空间增阻薄膜结构主要关键技术,对增阻薄膜结构构型设计技术、长寿命材料技术、折叠展开技术和低成本设计技术等进行分析。分析表明,未来星座计划迅速发展将进一步加剧空间碎片严峻形势;现有的碎片减缓规则不能满足要求,新的规则将很快推出,对增阻离轨薄膜结构技术提出了迫切需求;目前空间增阻薄膜结构的主要关键技术都取得了突破,并已完成搭载验证,具备用于卫星离轨的条件。 展开更多
关键词 空间碎片 离轨 薄膜结构
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