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北京航空航天大学学报 2024年

作者：张广川王伟宗任军学王一白汤海滨杨立军北京航空航天大学宇航学院航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京航空航天大学宁波创新研究院先进飞行器与空天动力研究中心

霍尔推力器是一种广泛应用于航天器的先进电推进装置。传统的环形闭环霍尔推力器由于结构限制，无法开展放电通道内磁场构型剖切面上等离子体二维分布诊断。为解决这一问题，设计了一种带有光学诊断窗口的非闭环直线型通道E×B霍尔... 详细信息

霍尔推力器是一种广泛应用于航天器的先进电推进装置。传统的环形闭环霍尔推力器由于结构限制，无法开展放电通道内磁场构型剖切面上等离子体二维分布诊断。为解决这一问题，设计了一种带有光学诊断窗口的非闭环直线型通道E×B霍尔推力器，对推力器内部磁场和流场进行了仿真分析，提出了磁场设计原则。进一步，通过稳态放电参数监测、瞬态放电振荡分析、束流区等离子体参数诊断和放电通道内部电离区等离子体分布结构成像，验证了直线型放电通道构型对等离子体的有效约束与电磁场加速，发现了其放电模式随推进剂流量的演变趋势，并实现了基于放电电压的放电模式调控。最后，成功获取了放电通道内部等离子体在磁场构型剖切面上二维分布精细结构。综上，实现了简易装置下类霍尔推力器E×B场等离子体稳定放电与模式调控，结合等离子体二维平面上分布结构的光学诊断，为进一步霍尔推力器典型放电振荡过程的等离子体微观表现提出了新思路。

关键词：霍尔推力器磁场等离子体二维分布非闭环直线型通道放电振荡

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基于FlightSim和PyQt的电视制导系统仿真

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飞行力学 2024年第5期42卷 89-94页

作者：侯成林许元男陈万春孟偲北京航空航天大学宇航学院北京100191 航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京100191 中国运载火箭技术研究院北京100076

针对电视制导系统仿真中简化的导引头模型精度和逼真程度不足的问题,提出了一种考虑图像处理过程的电视制导系统仿真方法。首先,利用FlightSim软件实现导弹的动力学仿真并实时生成三维场景;然后,采用PyQt库封装导引头图像处理过程并创... 详细信息

针对电视制导系统仿真中简化的导引头模型精度和逼真程度不足的问题,提出了一种考虑图像处理过程的电视制导系统仿真方法。首先,利用FlightSim软件实现导弹的动力学仿真并实时生成三维场景;然后,采用PyQt库封装导引头图像处理过程并创建用于“人在回路”交互的GUI;最后,通过接口函数和Socket建立FlightSim程序与PyQt程序之间的通信。仿真结果表明,该系统能够逼真地模拟带有图像处理环节的电视制导过程,具有较好的应用价值。

关键词：电视制导图像处理 FlightSim PyQt

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基于三体问题的地月空间中转站轨道设计

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飞行力学 2024年第5期42卷 26-33页

作者：彭蕾梁玉莹师鹏景前锋北京航空航天大学宇航学院北京100191 航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京100191 上海宇航系统工程研究所上海201108

针对未来地月空间中转站的建设需求,进行中转站轨道选择与转移轨迹设计。基于地月空间周期轨道,综合考虑轨道构型、稳定性等因素,选定L_(2)点的南近直线晕轨道(NRHO)作为目标轨道。针对NRHO稳定性强、转移难以实现的问题,基于三体Lamber... 详细信息

针对未来地月空间中转站的建设需求,进行中转站轨道选择与转移轨迹设计。基于地月空间周期轨道,综合考虑轨道构型、稳定性等因素,选定L_(2)点的南近直线晕轨道(NRHO)作为目标轨道。针对NRHO稳定性强、转移难以实现的问题,基于三体Lambert算法通过月球借力从奔月轨道转移到NRHO。为克服NRHO无明显流形结构的缺陷,基于Cauchy-Green张量提出相空间主拉伸方向理论,进而拼接Lambert段与沿主拉伸方向的反向积分轨迹,获得施加转移脉冲的最有效方向,求解低能转移轨迹。研究结果表明,月球借力转移可以用于载人探月,Lambert拼接法能有效缩短低能转移的时间,为中转站货运提供轨道参考。

关键词：地月空间中转站 NRHO 主拉伸方向三体Lambert算法

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电推进磁喷管研究综述

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推进技术 2023年第7期44卷 114-137页

作者：汤海滨陈志远王一白任军学北京航空航天大学宇航学院北京102206 航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京102206 空间环境监测与信息处理工业和信息化部重点实验室北京102206 北京航空航天大学宁波创新研究院先进飞行器与空天动力研究中心浙江宁波315100

在电推进领域,通常使用“收敛-扩张型”或“扩张型”的同轴附加磁场来对推力器的羽流进行约束和加速,以获得更好的推进性能,该附加磁场被称为磁喷管。本文介绍了磁喷管的应用前景、基本概念及磁喷管中涉及的主要物理机制和简要的工作原... 详细信息

在电推进领域,通常使用“收敛-扩张型”或“扩张型”的同轴附加磁场来对推力器的羽流进行约束和加速,以获得更好的推进性能,该附加磁场被称为磁喷管。本文介绍了磁喷管的应用前景、基本概念及磁喷管中涉及的主要物理机制和简要的工作原理,调研了国内外磁喷管的研究现状,总结了广泛采用的三种数值模拟方法,分析比较了各种模型、方法的优缺点,同时介绍了基于各式等离子体源的磁喷管实验研究。在此基础上,提炼出了研究者们共同关注的四个关键的科学问题及学界目前对这些关键问题的认识,进而分析了磁喷管研究领域目前的发展趋势,对中国未来的磁喷管研究提出了建议与展望。

关键词：电推进磁喷管粒子加速磁分离电子动理学

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基于相对可达域的航天器博弈均衡求解方法

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飞行力学 2024年第5期42卷 34-41页

作者：李靖林姜中英师鹏李文龙北京航空航天大学宇航学院北京100191 航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京100191 北京航天情报与信息研究所北京100854 上海卫星工程研究所上海201109

针对脉冲推力下的航天器追逃博弈问题,提出了一种基于微分博弈理论和相对可达域的纳什均衡求解方法。首先,构建了单脉冲追逃博弈场景,利用微分博弈理论推导了博弈的纳什均衡必要条件;其次,利用CW方程解析推导了航天器的相对可达域表达... 详细信息

针对脉冲推力下的航天器追逃博弈问题,提出了一种基于微分博弈理论和相对可达域的纳什均衡求解方法。首先,构建了单脉冲追逃博弈场景,利用微分博弈理论推导了博弈的纳什均衡必要条件;其次,利用CW方程解析推导了航天器的相对可达域表达式并分析了可达域性质;然后,通过分析追逃双方航天器的相对可达域的可能空间关系,确定了博弈纳什均衡的存在情况;最后,利用相对可达域确定了航天器在猜测的纳什均衡下的终端状态,通过打靶法求解了纳什均衡策略,并仿真验证了所得策略在纳什均衡下的性质。结果表明,在纳什均衡状态下博弈双方将采用最大脉冲幅值朝着同一方向机动。

关键词：空间对抗追逃博弈微分对策纳什均衡可达域

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背景压强对电推进羽流场影响的数值模拟

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北京航空航天大学学报 2022年第10期48卷 1854-1862页

作者：翁惠焱蔡国飙郑鸿儒刘立辉张百一贺碧蛟北京航空航天大学宇航学院北京100083 北京航空航天大学航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京100083 长光卫星技术股份有限公司长春130000

真空舱内背景压强是电推力器地面试验过程中影响工作性能评估和羽流场参数诊断的重要参数。针对LIPS-200型离子推力器羽流场参数的数值仿真中采用的背景压强建立方法进行了仿真分析。仿真中采用混合粒子网格(PIC)方法和直接模拟蒙特卡罗... 详细信息

真空舱内背景压强是电推力器地面试验过程中影响工作性能评估和羽流场参数诊断的重要参数。针对LIPS-200型离子推力器羽流场参数的数值仿真中采用的背景压强建立方法进行了仿真分析。仿真中采用混合粒子网格(PIC)方法和直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法处理羽流场中等离子体运动和粒子间碰撞,分别采用虚拟粒子和计算粒子建立压强的方式,对电推进羽流场进行了数值模拟,并与绝对真空环境进行对比分析。结果表明:背景压强的存在导致中性粒子和电荷交换离子数密度较绝对真空环境高1个量级以上。虚拟粒子可大幅提高计算效率,获得的流场中电荷交换离子分布与计算粒子结果相近,但中性粒子分布相差较大,虚拟粒子无法表征壁面及真空泵的影响。

关键词：电推进羽流背景压力粒子网络-直接模拟蒙特卡罗(PIC-DSMC)方法数值模拟

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压剪载荷比对CFRP层合板失效行为影响的数值研究

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复合材料学报 2024年

作者：骈瑢石晓飞马文渊刘丰睿王林娟赵丽滨北京航空航天大学宇航学院航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室海鹰航空通用装备有限责任公司河北工业大学机械工程学院先进智能防护装备技术教育部重点实验室河北省跨尺度智能装备技术重点实验室

碳纤维增强（Carbon fiber reinforced polymer， CFRP）复合材料层合板是飞行器中的常用结构。面内压缩和剪切载荷下，层合板结构失效同时受屈曲和材料损伤影响，失效形式复杂多变。本文建立了考虑就地效应、横向应力对剪切强度的影响... 详细信息

碳纤维增强（Carbon fiber reinforced polymer， CFRP）复合材料层合板是飞行器中的常用结构。面内压缩和剪切载荷下，层合板结构失效同时受屈曲和材料损伤影响，失效形式复杂多变。本文建立了考虑就地效应、横向应力对剪切强度的影响以及剪切非线性的渐进损伤失效分析方法，开展压剪试验对分析方法进行了验证，并在此基础上研究了不同压缩和剪切载荷比下CFRP层合板的失效行为。研究表明，压剪载荷比低时，层合板先发生材料的初始损伤，然后达到最大载荷；压剪载荷比高时，直接发生屈曲，同时达到最大载荷，不发生材料损伤；载荷比处于两者之间时，先发生材料损伤，然后屈曲并且达到最大载荷。此外，压剪载荷比的变化还会对层合板的压缩承载能力、剪切承载能力、以及结构达到最大载荷时的损伤扩展程度产生影响。

关键词：复合材料层合板压剪载荷渐进损伤试验验证载荷比例

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电推进粒子网格法模拟中计算加速方法的研究综述

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推进技术 2024年第8期45卷 1-25页

作者：汤海滨潘若剑毛仁凡崔云蔚任军学北京航空航天大学宇航学院北京102206 航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京102206 空间环境监测与信息处理工业和信息化部重点实验室北京102206 北京航空航天大学空间与环境学院北京102206

粒子网格法(PIC)模拟电推进装置等离子体时具有很强的第一性,但是模拟过程中计算负载很大,故PIC模拟的计算加速方法不可或缺。本文从电推进装置基本性质、低温等离子体物理特性和PIC算法特点作为切入点,明确了PIC方法在电推进装置模拟... 详细信息

粒子网格法(PIC)模拟电推进装置等离子体时具有很强的第一性,但是模拟过程中计算负载很大,故PIC模拟的计算加速方法不可或缺。本文从电推进装置基本性质、低温等离子体物理特性和PIC算法特点作为切入点,明确了PIC方法在电推进装置模拟过程中计算负载高的原因;结合国内外的研究现状,从建模、时空尺度、算法与并行三个层面介绍了对应计算加速方法的原理和效果;对各类计算加速方法进行了总结和展望。

关键词：电推进 PIC模拟计算加速方法并行计算综述

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压剪载荷下复合材料层合板的失效模式研究

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：骈瑢杨帆章凌刘丰睿王林娟赵丽滨北京航空航天大学宇航学院北京航空航天大学航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京宇航系统工程研究所河北工业大学机械工程学院先进智能防护装备技术教育部重点实验室河北省跨尺度智能装备技术重点实验室

复合材料层合薄板是飞行器中的重要承载结构，在压剪载荷作用下会发生屈曲或静力失效。采用复合材料层合板线性屈曲和首层失效的理论分析方法，对碳纤维/环氧树脂层合板在不同载荷比、边长比、边长厚度比和铺层角度下开展失效分析，得... 详细信息

复合材料层合薄板是飞行器中的重要承载结构，在压剪载荷作用下会发生屈曲或静力失效。采用复合材料层合板线性屈曲和首层失效的理论分析方法，对碳纤维/环氧树脂层合板在不同载荷比、边长比、边长厚度比和铺层角度下开展失效分析，得到两种失效出现的顺序和失效载荷的变化情况。结果表明:在不同的压剪载荷比下，层合板屈曲和首层失效发生的顺序不同；两种失效发生的载荷比范围会受到层合板边长比、边长厚度比和铺层角度的影响；屈曲模态主要受到载荷比、边长比和铺层角度的影响，首层失效模式主要受到载荷比和铺层角度的影响。

关键词：复合材料层合板失效分析屈曲首层失效压剪载荷

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复合材料多排多列螺栓连接考虑列间剪切的刚度法

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复合材料学报 2024年

作者：石晓娟房子昂邹鸿超仝宗凯刘丰睿赵丽滨北京科技大学天津学院城市建设学院北京机电工程研究所北京航空航天大学宇航学院北京航空航天大学航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室河北工业大学机械工程学院先进智能防护装备技术教育部重点实验室河北省跨尺度智能装备技术重点实验室

复合材料多排多列螺栓连接失效分析时钉载分配计算是关键内容，现有刚度法将多列连接分成多个单列连接，分别计算多个多排单列连接钉载分配结果，获得整个多列螺栓连接的结果，当同一排不同列螺栓孔配合间隙不同时，会导致计算结果与实... 详细信息

复合材料多排多列螺栓连接失效分析时钉载分配计算是关键内容，现有刚度法将多列连接分成多个单列连接，分别计算多个多排单列连接钉载分配结果，获得整个多列螺栓连接的结果，当同一排不同列螺栓孔配合间隙不同时，会导致计算结果与实际结构的真实钉载存在较大的误差。针对这一问题，本文在传统刚度法基础上，创新性地引入列间剪切作用影响，提出了考虑剪切效应的三维弹簧-梁刚度模型，提出了剪切刚度的简化计算方法，形成了考虑列间剪切作用的复合材料多排多列螺栓连接钉载分配计算的刚度法。设计了不同间隙分布的复合材料三排三列螺栓连接，将现有方法和本文方法预测的三排三列连接钉载分配结果与有限元法预测结果进行比较。结果表明，本文方法预测的钉载系数比现有方法更加接近于有限元结果，验证了本文方法的优越性。

关键词：复合材料螺栓连接三维弹簧-梁模型剪切刚度钉载分配

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