空间在轨氢氧内燃机直喷模式缸内燃烧特性研究

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作者 刘龙 李航 +5 位作者 楚为盛 骆洪亮 连欢 郭冬妮 陈泽彬 李华杰 《内燃机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期20-30,共11页

基于CONVERGE仿真平台,通过改进美国阿贡国家实验室的光学氢发动机仿真模型分别研究了直喷氢(direct injection-H_(2),DI-H_(2))和直喷氧(direct injection-O_(2),DI-O_(2))两种模式下氢氧内燃机缸内燃烧特性。首先针对DI-H_(2)模式,通... 基于CONVERGE仿真平台,通过改进美国阿贡国家实验室的光学氢发动机仿真模型分别研究了直喷氢(direct injection-H_(2),DI-H_(2))和直喷氧(direct injection-O_(2),DI-O_(2))两种模式下氢氧内燃机缸内燃烧特性。首先针对DI-H_(2)模式,通过控制氢气喷射质量流量,研究不同氧气当量比(Φ)0.33、0.10、0.08下缸内混合程度、燃烧可控性及输出功率,并与DI-O_(2)模式Φ=8.00的富燃环境下缸内燃烧特性进行对比。研究工作针对缸内氢氧混合均匀程度、燃烧可控性及内燃机输出功率进行系统分析。研究结果表明:在DI-H_(2)模式下,Φ=0.33时,燃料急速燃烧出现失控风险,缸内最高燃烧压力已超过10.0 MPa;Φ=0.08时,虽然燃烧可控,但由于稀薄燃烧,缸内燃料混合程度低且输出功率不满足低温流体集成(integrated vehicle fluids,IVF)系统2 kW要求。当Φ=0.10时,既能满足发动机缸内燃气混合均匀与燃烧可控的需求,同时也能满足IVF系统对于内燃机功率输出的要求。考虑到缸内温度和压力承受极限,适合小型发动机工作的氧气当量比应在0.10左右。而在DI-O_(2)模式下,由于缸内富燃使得燃烧可控,缸内混合程度Φ=8.00与DI-H_(2)模式下Φ=0.33时相当,最高燃烧压力低于5.0 MPa,最高温度低于1500 K,输出功率2.26 kW也符合设计要求。该模式具备较大潜力,也是未来空间在轨氢氧内燃机可选的燃烧模式之一。 展开更多

关键词 空间在轨 氢氧燃烧 内燃机 直喷射流 燃烧控制

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空间在轨服务技术发展综述 被引量：168

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作者 崔乃刚 王平 +1 位作者 郭继峰 程兴 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期805-811,共7页

空间技术的飞速发展促使空间在轨服务技术成为了一个新的、独立的研究方向,传统的、以航天飞机为代表的空间在轨服务成为了今后这个方向的发展基础,并在此基础上出现了空间自主在轨服务技术,它以成本低、风险小、隐蔽性高、军事利用价... 空间技术的飞速发展促使空间在轨服务技术成为了一个新的、独立的研究方向,传统的、以航天飞机为代表的空间在轨服务成为了今后这个方向的发展基础,并在此基础上出现了空间自主在轨服务技术,它以成本低、风险小、隐蔽性高、军事利用价值强等特点,成为了未来空间技术新的研究热点。介绍了空间在轨服务技术的概念、任务和研究现状,分析了其发展趋势和关键技术,并着重分析了空间自主在轨服务中的自主控制技术。 展开更多

关键词 空间在轨服务 航天飞机 自主控制 任务规划 运行管理

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空间在轨制造技术发展综述及展望 被引量：11

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作者 杨兴文 韩静涛 +2 位作者 刘靖 张从发 梁进超 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期1343-1354,共12页

本文主要从空间在轨制造技术的发展背景及现实意义出发,对在轨制造技术的发展情况从在轨3D打印、在轨焊接、基于带材的在轨塑性成形制造、在轨原位制造等四方面进行分类归纳和评述,指出相关技术当前发展过程遇到的一系列瓶颈问题,并预... 本文主要从空间在轨制造技术的发展背景及现实意义出发,对在轨制造技术的发展情况从在轨3D打印、在轨焊接、基于带材的在轨塑性成形制造、在轨原位制造等四方面进行分类归纳和评述,指出相关技术当前发展过程遇到的一系列瓶颈问题,并预测其未来的发展趋势;最后结合国外在轨制造技术发展历程中成功经验,给出了中国在轨制造技术发展需重点关注的方面和努力方向,以期为中国空间在轨制造技术的布局提供有益参考。 展开更多

关键词 空间在轨制造技术 在轨3D打印 在轨焊接 在轨塑性成形 原位制造

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空间在轨环境下的30cm离子推力器三栅极组件间距变化仿真分析 被引量：5

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作者 孙明明 耿海 +1 位作者 王亮 郑艺 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1375-1382,共8页

采用有限元仿真(FEM)与地面热平衡试验验证相结合的方法,计算并模拟了30 cm离子推力器处于在轨环境时,有、无主动热控对三栅极相对位移变化造成的影响,并对目前离子推力器设置的工作启动流程可能造成的打火风险进行了预估。结果显示:三... 采用有限元仿真(FEM)与地面热平衡试验验证相结合的方法,计算并模拟了30 cm离子推力器处于在轨环境时,有、无主动热控对三栅极相对位移变化造成的影响,并对目前离子推力器设置的工作启动流程可能造成的打火风险进行了预估。结果显示:三栅极组件的热形变方向均为法向方向,且栅极中心区域的间距最小;在-269℃在轨极限环境温度下,推力器在5 kW工作模式下温度平衡后的屏栅与加速栅最大热态间距为0.14 mm,加速栅和减速栅则已发生贴合;在受太阳辐照以及卫星帆板恒温边界的影响下,栅面最低初始温度为-102℃;当推力器主动热控保证温控点为20℃时,栅面最低启动温度为-25℃,且推力器工作8000s后,屏栅与加速栅、加速栅与减速栅的最小间距分别稳定在0.25 mm和0.20 mm;当推力器主动热控保证温控点为50℃时,推力器工作9000s后,屏栅与加速栅、加速栅和减速栅最小间距分别稳定在0.31 mm和0.30 mm,能够满足0.25 mm的栅极安全打火间距要求。 展开更多

关键词 离子推力器 三栅极组件 空间在轨环境 栅极间距变化

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空间多功能在轨维护机器人系统及其末端执行器设计 被引量：4

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作者 丰飞 唐丽娜 韩锋 《航空制造技术》 2019年第10期14-22,共9页

空间机器人是空间在轨服务的一种重要工具。以合作目标与非合作目标的在轨维护为目的,通过对现有空间机器人研究现状的调研和分析,提出了基于末端工具可快换的多功能在轨维护机器人系统,并提出多种末端执行器设计方案。其中三指-三瓣式... 空间机器人是空间在轨服务的一种重要工具。以合作目标与非合作目标的在轨维护为目的,通过对现有空间机器人研究现状的调研和分析,提出了基于末端工具可快换的多功能在轨维护机器人系统,并提出多种末端执行器设计方案。其中三指-三瓣式末端执行器作为末端工具快换装置,不仅具有机械接口捕获对接的功能,还具有电力/信号传输功能,以及机械臂动力传输功能;钢丝绳缠绕式末端执行器具有优越的容差和软捕获性能,适合用于实现对安装有捕获接口的合作目标以及非合作目标卫星发动机喷管的捕获;而欠驱动三指末端执行器具有良好的待捕获目标物体形状自适应功能以及软捕获功能,因此可用于对空间形状不规则的太空垃圾等目标进行非合作目标捕获。通过对多功能在轨维护机器人系统及其末端工具快换过程以及末端执行器对目标捕获操作的研究,所提出的基于末端工具快换的多功能在轨维护机器人系统有较好的应用前景。 展开更多

关键词 空间在轨维护 空间机器人 多功能末端执行器 三指-三瓣式 钢丝绳缠绕式

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空间非合作目标燃料最优终端接近策略研究 被引量：5

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作者 郭继峰 张立佳 崔乃刚 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期386-390,共5页

针对一类姿轨控制系统失效的目标航天器实施空间救援等在轨服务任务。要求追踪航天器跟踪到达指定目标点,对目标航天器进行在轨捕获,建立了目标航天器在空间自由翻滚情况下追踪航天器跟踪目标点的动力学模型,并建立了安全无碰撞的燃料... 针对一类姿轨控制系统失效的目标航天器实施空间救援等在轨服务任务。要求追踪航天器跟踪到达指定目标点,对目标航天器进行在轨捕获,建立了目标航天器在空间自由翻滚情况下追踪航天器跟踪目标点的动力学模型,并建立了安全无碰撞的燃料最优终端接近模型。数学仿真表明,当初始条件合适时,燃料最优终端接近轨迹自然满足安全性要求。 展开更多

关键词 空间在轨服务 敏捷在轨服务航天器 非合作目标 最优交会

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一种沿指定直线方向逼近的航天器最优控制策略

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作者 刘将辉 彭祺擘 武新峰 《中国空间科学技术(中英文)》 北大核心 2025年第3期110-119,共10页

航天器空间在轨服务技术受到越来越多的关注,空间在轨服务的基础是航天器交会技术,航天器交会的实质是追踪器对目标器的近距离逼近。追踪器在逼近目标器的过程中,应避免与目标器的太阳翼和天线等附件发生碰撞。为了保证逼近过程的安全性... 航天器空间在轨服务技术受到越来越多的关注,空间在轨服务的基础是航天器交会技术,航天器交会的实质是追踪器对目标器的近距离逼近。追踪器在逼近目标器的过程中,应避免与目标器的太阳翼和天线等附件发生碰撞。为了保证逼近过程的安全性,提出了一种沿指定直线方向逼近的航天器最优控制策略。建立了非线性TH(Tschauner-Hempel)方程描述的任意偏心率轨道的两航天器间相对运动模型。引入直线逼近运动坐标系,根据Hamiltonian方程和直线方向逼近运动特点推导了追踪器的最优控制加速度。追踪器既能按照任务需求沿指定方向直线逼近目标器,又保证了能量最优。为了消除影响直线逼近的干扰因素,采用比例微分控制律对所推导的非直线方向的控制加速度进行了修正。为了验证所提控制策略的有效性,分别设置了追踪器沿目标器速度方向直线逼近和沿目标器径向直线逼近这两组场景进行数值仿真。仿真结果表明,所提的控制策略能实现追踪器沿指定直线方向逼近目标器,具有较强的工程应用性,为提高航天器空间在轨服务的成功率和安全性提供了新的思路。 展开更多

关键词 航天器交会 直线逼近 最优控制 空间在轨服务 比例微分

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线虫在轨液体培养荧光观测关键参数研究

8

作者 王巍 元姝棋 +4 位作者 邱辉 卢盈宇 张普 钟润涛 孙野青 《载人航天》 CSCD 北大核心 2022年第5期637-645,共9页

为实现中国空间站基于微流控芯片液体培养的荧光标记线虫长期荧光跟踪观测,需建立筛选空间环境敏感荧光标记线虫和荧光成像分析的方法,并研究不同线虫品系在发育过程中的生理指标差异。初步筛选并驯化了2种带有荧光标记位点的线虫(AM141... 为实现中国空间站基于微流控芯片液体培养的荧光标记线虫长期荧光跟踪观测,需建立筛选空间环境敏感荧光标记线虫和荧光成像分析的方法,并研究不同线虫品系在发育过程中的生理指标差异。初步筛选并驯化了2种带有荧光标记位点的线虫(AM141和CZ13799),其在无菌液体培养基中能够正常发育及繁殖;获取了在发射时线虫保存温度(12℃)及在轨实验温度(20℃)下线虫的发育、产卵、寿命和泳动频率数据。显微荧光分析结果表明:在轨实验装置成像指标测量范围可满足跟踪线虫发育过程中的荧光变化的基本需求。研究结果可为利用线虫进行空间站在轨培养及观测的硬件设计和技术要求提供输入条件。 展开更多

关键词 秀丽隐杆线虫 液体培养 荧光成像 空间在轨

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空间AOS链路网络自动流量控制设计与实现

9

作者 朱浩文 金仲和 +2 位作者 应乐 黄建青 段欣欣 《航天器工程》 CSCD 北大核心 2022年第5期87-94,共8页

在空间天地一体化网络通信系统中,针对高级在轨系统(AOS)链路网络传输效率低、丢包等问题,提出了一种基于随机早期检测(RED)算法改进的流量控制算法,实现AOS链路可靠的自动流量控制;该算法基于AOS链路网关内部缓存队列对流量控制终端速... 在空间天地一体化网络通信系统中,针对高级在轨系统(AOS)链路网络传输效率低、丢包等问题,提出了一种基于随机早期检测(RED)算法改进的流量控制算法,实现AOS链路可靠的自动流量控制;该算法基于AOS链路网关内部缓存队列对流量控制终端速率进行动态调整,控制网关缓存队列长度始终处于合理的范围内,实现AOS链路与网络链路速率的自动匹配,提高AOS链路的可靠性和传输效率。采用OPNET软件建模对流量控制算法进行了仿真,结果表明:该算法能够实现高效的自动流量控制,在空间网络环境下,算法运行稳定后,AOS链路丢包率为0、传输效率可达99%以上;在我国空间站AOS网关中实现并应用了该算法,对其在轨数据进行了实测分析,实测结果与仿真结果一致,在轨取得了良好的流量控制效果。 展开更多

关键词 空间高级在轨系统链路 流量控制 随机早期检测算法

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改进PointNetLK的点云智能配准与位姿图优化方法 被引量：9

10

作者 李荣华 董欣基 +2 位作者 薛豪鹏 祁宇峰 张建禹 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期1557-1565,共9页

针对空间在轨服务任务中的非合作目标相对位姿测量问题,提出一种目标可测部位点云的智能配准方法。首先,通过Straight Through滤波算法对半物理仿真平台采集得到的点云进行目标提取,以消除背景数据等杂乱信息;其次,改进PointNetLK神经... 针对空间在轨服务任务中的非合作目标相对位姿测量问题,提出一种目标可测部位点云的智能配准方法。首先,通过Straight Through滤波算法对半物理仿真平台采集得到的点云进行目标提取,以消除背景数据等杂乱信息;其次,改进PointNetLK神经网络点云配准算法,将提取后的点云数据作为输入,从而获得初步配准结果,解决非合作目标先验信息缺失导致的无法配准问题;最后,建立基于位姿图的优化模型,以降低配准误差,提高配准精度。实验结果表明,与传统迭代最近点(ICP)算法相比,配准综合误差从6.3598降低到1.7291,精度提高约72.81%;单次耗时从33.16 s降低到4.2 s,效率提升约87.33%,与当前SM-ICP等其他算法相比,也具有一定的优势。 展开更多

关键词 空间在轨服务 点云配准 深度学习 空间非合作目标 位姿图优化

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分布估计算法在航天器近距离最优交会中的应用 被引量：3

11

作者 张琪新 王士星 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2012年第5期89-94,共6页

针对空间在轨服务飞行器实施近距离变轨最优化问题,探讨了在能量和时间两项指标情况下,航天器轨道机动中能量时间综合最优化的研究方法。基于C-W方程,推导了在轨服务器在双冲量变轨时的特征速度,以时间-燃料为指标构造了相应的模型,并... 针对空间在轨服务飞行器实施近距离变轨最优化问题,探讨了在能量和时间两项指标情况下,航天器轨道机动中能量时间综合最优化的研究方法。基于C-W方程,推导了在轨服务器在双冲量变轨时的特征速度,以时间-燃料为指标构造了相应的模型,并针对基本遗传算法局部搜索能力不强的问题,采用一种新的利用统计学习手段从群体宏观角度建立描述解分布的分布估计算法。仿真结果表明,该分布估计算法可加速算法的收敛,具有良好的优化能力,能够从宏观上对整个群体建立模型,得到了混合指标下时间和能量关系,实现近距离变轨最优指标的精确数值模拟。从数值结果的对比分析中得出了一些有意义的结论,可供下一步研究参考。 展开更多

关键词 空间在轨服务飞行器 能量时间 双冲量变轨 分布估计算法

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在轨服务中的动力学与控制问题专刊序

12

《宇航学报》 2025年第8期F0002-F0002,共1页

空间在轨服务是在空间轨道上对航天器进行维护、补给与升级等操作的总称,将显著提高航天器的使用效率和寿命,降低太空任务成本,促进太空探索可持续发展。近年来,空间在轨服务作为航天产业的关键组成部分,已引发国内外的广泛关注。我国2... 空间在轨服务是在空间轨道上对航天器进行维护、补给与升级等操作的总称,将显著提高航天器的使用效率和寿命,降低太空任务成本,促进太空探索可持续发展。近年来,空间在轨服务作为航天产业的关键组成部分,已引发国内外的广泛关注。我国2021年发布的《中国的航天》白皮书明确指出,要统筹推进空间环境治理体系建设,统筹做好航天器在轨维护、空间碎片减缓等工作,保障太空系统安全稳定有序运行。 展开更多

关键词 空间在轨服务 航天器维护 航天器补给

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