摘要：针对受扰动下的多航天器系统姿态一致性跟踪问题,提出一种基于干扰观测器与固定时间理论的分布式姿态协同控制策略。多航天器系统在空间中易受太阳光压、重力梯度与地磁力等外部干扰影响而导致控制精度下降,此外航天器内部惯量不确定性带来的影响也不可忽视,因此设计一种基于二阶积分滑模的干扰观测器对复合干扰进行快速精确估计,且该观测器无需任何干扰先验信息。利用观测器获得的估计值,结合领导跟随法,提出一种分布式固定时间姿态协同控制器,实现系统固定时间收敛,收敛时间可通过控制参数进行调节。利用Lyapunov函数证明了系统的固定时间稳定性。仿真与对比试验结果表明,干扰观测器能在较快时间内实现对复合干扰准确估计,协同控制器能在固定时间内实现对期望姿态鲁棒跟踪,与自适应有限时间方法相比,该控制策略精度更高、收敛速度更快和燃油消耗更少。

摘要：针对目前着陆缓冲装置对着陆地形要求较高且不可复用的缺点,参照自然界中的昆虫着陆腿结构的组成,提出一种可复用的基于仿生结构的四腿式着陆器。支撑腿采取“刚性体控制大腿结构+圆弧结构小腿”的组成方式,并采用摩擦制动器作为缓冲吸能装置的设计方法,通过摩擦力做功,使着陆冲击载荷以热能的形式耗散,实现缓冲吸能。应用D-H参数法推导支撑腿的齐次矩阵变换,对该仿生腿式缓降结构进行支撑腿的正逆运动学分析,建立支撑腿的理论模型并进行动力学仿真。进行了整机多工况落震仿真分析并建立了支撑腿小腿的有限元模型,分析飞行器在支撑腿所受冲击力最大情况下的支撑腿小腿应力应变,结果表明可复用着陆器具有良好的着陆缓冲性能,可为我国后续深空探测任务提供一种可行方案。

摘要：针对传统着陆器缓冲装置无法复用的不足,提出了一种可重复使用的小型着陆器,通过各关节上的摩擦制动装置吸收着陆冲击能量,由电机及扭簧组件实现再次起飞后着陆腿的姿态恢复,可满足多点飞跃探测的月表探测任务。完成了一维落震中单套着陆腿在竖直方向上的缓冲吸能动力学分析;基于径向基(RBF)代理模型,面向三种典型着陆工况,采用多目标协同优化方法,对单套着陆腿各关节制动扭矩进行了优化,优化后的缓冲吸能关节可有效降低着陆器在落震过程中的加速度峰值。最后进行了整机多工况落震仿真分析,结果表明,各着陆响应均满足设计要求,也可保证良好的着陆过程稳定性,可为中国后续开展星表单次任务多点位探测提供一种可行的解决方案。

摘要：针对高层建筑火灾救援问题,提出一种基于负泊松比缓冲网的高坠缓冲防护系统。首先,设计了六角网眼结构的大变形柔性缓冲网及其配适的多级缓冲机构,基于有限元方法建立了缓冲网与人体接触冲击过程动力学解析模型;其次,建立了缓冲系统有限元模型,进行冲击动力学仿真分析,验证缓冲系统对坠落人员防护的有效性;最后,利用相似性原理设计了1/8缩比模型试验,以验证系统的实用效果。结果表明:试验采集人体所受过载数值与仿真较吻合,验证了缓冲系统的有效性和有限元模型的准确性。缓冲系统可有效保障30 m高度以下跌落人员的生命安全,缓冲过程中人体最大过载不超过5.5g,对保障高空作业人员安全和高空救援行动成功具有实际意义。

摘要：轻量化是飞行器设计及优化的关键指标,直接影响飞行器的作战效能。该文针对大展弦比组合式无人机中的单体无人机承力结构设计及轻量化设计需求,建立组合体无人机单体机翼框架模型,提出了在气动循环载荷作用和疲劳寿命的约束下,对机翼主要传力构件进行拓扑优化的整体设计优化方法:首先,通过有限元方法分析机翼全工况下气动载荷;其次,在极限载荷循环作用下分析机翼全域的疲劳寿命特性;最后,通过拓扑优化技术对单体机翼承力框架进行体积优化设计,优化后机翼框架减重35%,有效实现了机翼框架的轻量化设计目标。

摘要：面向在小天体非确知、非结构性表面安全稳定附着的技术需求,设计了一种可同时在偏移和扭转共6个自由度上实现对抓附区域星表地形被动自适应的串并混联机构,并完成了其工作空间优化。首先,针对附着过程中附着装置与星表拟合球面不居中问题,提出了一种3-RSPS串并混联被动自适应机构设计方案;进而,采用修正的G-K公式计算了该机构的自由度,基于空间位置矢量法推导出其逆运动学模型,并通过虚拟样机仿真验证了逆运动学模型的正确性;最后,采用数值搜索方法完成了该机构的定姿态工作空间分析和基于NSGA-II算法的多目标优化。结果表明:相较于目前广泛应用的3-SPS并联机构,本文所设计的星表地形自适应机构的全局工作空间提高了40.9%,优化后,又进一步提高了21.3%,可适应更加崎岖陡峭的小天体星表地形,具有较好的工程价值。

摘要：针对无法主动调姿和灵活漫游的传统星表着陆器不适用于未来大范围星表探测和星表基地建设等任务的问题,提出了一种可移动月球着陆器。首先,介绍了可移动月球着陆器的系统组成以及各子系统的组成;其次,介绍了可变构型式本体和缓冲/驱动集成式缓冲器的功能及实现;然后,建立了缓冲/行走一体化腿足机构的运动学模型,设计了减少调姿次数的直线行走和转弯等步态,规划了足端迈步与整器调姿等工况下的腿足机构各关节运动轨迹,并通过建立整器虚拟样机模型完成了步态仿真;最后,研制了行走试验样机并搭建了试验辅助设施,完成了行走步态试验。结果表明:所提出的可移动着陆器系统设计合理,步态规划有效,各主动驱动关节的运动轨迹平滑柔顺,移动过程中着陆器本体无较大起伏和偏移,行走速度可达0.01 m/s,转弯速度可达0.6°/s。

摘要：无伞空投具有准备时间短、投送迅速、包装简单、受气象影响小、着陆散布小、可重复利用等优点,成为未来救灾工作中装备物资保障方式的一种新型空投方式。基于某运用需求,文章给出了一种低空无伞无损空投包装设计方案,并针对单/双层的风阻结构设计与偏质心程度对下落过程的影响,进行了对比分析;同时,对拉杆结构在触地缓冲过程中的吸能效果进行了仿真分析。该设计可基于自主展开的柔性风阻结构和偏质心特性,实现下落过程的姿态自稳;将50m高度空投的落地精度控制在了0.1m范围内,并将落地缓冲过程的最大过载限制在2500gn以内。该设计为面向低空空投的空投包装提供了一种解决方案。

摘要：针对可复用运载火箭垂直回收的技术需求,文章提出了一种新型着陆缓冲装置,介绍了其内部构型及工作原理,并通过运动学和着陆动力学分析验证了其实用性。建立了单套缓冲装置展开过程的运动学方程,通过对比在Adams仿真软件中得到的数据,验证了展开过程运动学方程的准确性。该装置通过铝蜂窝吸收火箭着陆时的冲击能量,为了提高缓冲性能,在着陆质量已知的情况下,基于运载火箭的三种代表性着陆工况,拟合出了着陆过程响应面代理模型,采用多学科协同优化方法,得到了理想的蜂窝压溃力值。最后,基于上述结果进行了多工况的着陆落震仿真。结果表明:该装置可有效降低冲击载荷并支撑箭体,可为后续相关领域的设计研发提供参考。

摘要：为保证可移动着陆器在运动过程中腿足机构不产生较大的冲击和振动,对可移动着陆器腿足机构各关节空间内的运动轨迹进行了规划,并以时间-急动度最优为目标进行优化。首先,介绍了兼具着陆缓冲和星表移动等功能的六足可移动着陆器的设计方案,推导了腿足运动学,分析了落震缓冲性能;其次,通过运动学逆解求得足端迈步轨迹关键点在关节空间内的映射节点,对节点进行三次样条曲线拟合;然后,以节点时间间隔为变量,建立了最优时间-急动度轨迹优化模型;最后,通过多种群遗传算法对该模型全局最优解进行搜索求解。结果表明,可移动着陆器腿足机构具有稳定连续的运动性能,所规划的最优时间-急动度轨迹合理有效,腿足机构运动过程中无较大冲击和振动。