衛(wèi)星在軌加注技術(shù)

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 衛(wèi)星在軌加注概念內(nèi)涵 2
1.2 衛(wèi)星在軌加注系統(tǒng)組成 3
1.2.1 對接分系統(tǒng) 5
1.2.2 推進(jìn)劑管理分系統(tǒng) 7
1.3 衛(wèi)星在軌加注的效益分析 11
1.4 本書內(nèi)容安排 13
參考文獻(xiàn) 15
第2章 衛(wèi)星在軌加注技術(shù)研究現(xiàn)狀 18
2.1 衛(wèi)星在軌加注空間試驗(yàn)總體情況 18
2.1.1 試驗(yàn)情況概述 18
2.1.2 試驗(yàn)情況分析 35
2.2 關(guān)鍵技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 36
2.2.1 近距離接近技術(shù) 36
2.2.2 空間對接技術(shù) 44
2.2.3 流體傳輸與管理技術(shù) 53
2.2.4 推進(jìn)劑高精度測量技術(shù) 57
2.3 本章小結(jié) 64
參考文獻(xiàn) 65
第3章 空間目標(biāo)近距離接近與避撞控制 70
3.1 近距離相對運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué) 70
3.1.1 坐標(biāo)系定義及轉(zhuǎn)換 70
3.1.2 基于對偶四元數(shù)的相對運(yùn)動(dòng)模型及分析 73
3.1.3 相對運(yùn)動(dòng)誤差模型及其線性化 79
3.1.4 相對運(yùn)動(dòng)模型線性化 82
3.2 近距離飛行碰撞風(fēng)險(xiǎn)評估 83
3.2.1 問題描述 84
3.2.2 常用碰撞風(fēng)險(xiǎn)評估方法 85
3.2.3 基于性能參數(shù)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)評估方法 89
3.3 近距離操作動(dòng)態(tài)智能防撞控制 94
3.3.1 問題描述 94
3.3.2 動(dòng)態(tài)智能防撞控制算法 95
3.3.3 仿真分析 100
3.4 衛(wèi)星避撞機(jī)動(dòng)姿軌耦合控制 104
3.4.1 問題描述 104
3.4.2 規(guī)避方案描述 106
3.4.3 控制器設(shè)計(jì) 107
3.4.4 仿真分析 112
3.5 本章小結(jié) 118
參考文獻(xiàn) 119
第4章 基于結(jié)構(gòu)變形的軟對接動(dòng)態(tài)接觸理論 121
4.1 變分不等式接觸基本原理 122
4.1.1 接觸約束條件 123
4.1.2 變分不等式接觸基本方程 124
4.1.3 數(shù)值求解方法 128
4.1.4 仿真算例 133
4.2 基于變分不等式接觸原理的軟對接動(dòng)力學(xué)模型 140
4.2.1 軟對接動(dòng)態(tài)接觸模型 140
4.2.2 結(jié)果與討論 148
4.3 本章小結(jié) 152
參考文獻(xiàn) 153
第5章 真空條件下接口密封與泄漏理論 156
5.1 密封端面形貌的分形表征 157
5.1.1 分形幾何簡介 158
5.1.2 表面形貌的分形表征 158
5.1.3 具有自仿射分形特征的密封表面數(shù)值模擬 164
5.2 考慮尺寸效應(yīng)的端面密封接觸力學(xué) 167
5.2.1 接觸問題的多尺度力學(xué)模型 167
5.2.2 密封面塑性變形對接觸行為的影響 182
5.2.3 表面黏著力對密封接觸行為的影響 185
5.2.4 端面密封接觸理論模型仿真驗(yàn)證 190
5.3 端面密封泄漏孔道的輸運(yùn)性質(zhì) 201
5.3.1 泄漏孔道中流體流動(dòng)的多樣性 201
5.3.2 泄漏孔道中的連續(xù)壓力流 204
5.3.3 端面密封流體泄漏率逾滲模型 211
5.3.4 端面密封泄漏影響因素分析 214
5.4 本章小結(jié) 221
參考文獻(xiàn) 222
第6章 微重力條件下板式貯箱內(nèi)推進(jìn)劑流動(dòng)特性分析 224
6.1 表面張力流動(dòng)的基本理論 224
6.1.1 表面張力作用 224
6.1.2 內(nèi)角流動(dòng)理論概述 228
6.2 微重力下內(nèi)角自流研究 231
6.2.1 不對稱內(nèi)角模型 232
6.2.2 液面特征參數(shù)求解 233
6.2.3 不對稱內(nèi)角流動(dòng)過程計(jì)算 233
6.2.4 內(nèi)角自流落塔試驗(yàn) 242
6.3 微重力下內(nèi)角過流穩(wěn)定性研究 246
6.3.1 內(nèi)角過流的基本概念 246
6.3.2 內(nèi)角過流控制方程與求解 248
6.3.3 內(nèi)角過流試驗(yàn)驗(yàn)證 257
6.4 基于內(nèi)角流動(dòng)理論的板式貯箱設(shè)計(jì) 261
6.4.1 貯箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 261
6.4.2 導(dǎo)流板布局設(shè)計(jì)與優(yōu)化 261
6.4.3 導(dǎo)流板構(gòu)型設(shè)計(jì)與優(yōu)化 266
6.4.4 貯箱設(shè)計(jì)實(shí)例 270
6.4.5 推進(jìn)劑加注過程仿真 274
6.5 本章小結(jié) 275
參考文獻(xiàn) 276
第7章 微重力條件下多孔介質(zhì)中的液體輸運(yùn)特性 279
7.1 基于隨機(jī)幾何理論的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)特征 279
7.1.1 多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)特征統(tǒng)計(jì)模型 279
7.1.2 多孔介質(zhì)孔隙的分形分布特性 284
7.1.3 多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)特征建模 285
7.2 多孔介質(zhì)過流特性與潤濕特性 292
7.2.1 多孔介質(zhì)過流特性 292
7.2.2 多孔介質(zhì)潤濕特性 296
7.3 微重力條件下多孔介質(zhì)中的毛細(xì)流動(dòng) 302
7.3.1 多孔介質(zhì)中的毛細(xì)流動(dòng)模型 302
7.3.2 模型求解及分析 304
7.3.3 微重力條件下大顆粒大孔隙率多孔介質(zhì)中的毛細(xì)流動(dòng) 309
7.3.4 液體在多層多孔介質(zhì)中的毛細(xì)流動(dòng)過程分析 316
7.4 衛(wèi)星貯箱多孔介質(zhì)氣液分離裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn) 324
7.4.1 氣液分離裝置設(shè)計(jì) 324
7.4.2 氣液分離裝置數(shù)值仿真 327
7.4.3 氣液分離裝置地面試驗(yàn) 334
7.4.4 氣液分離裝置落塔試驗(yàn) 336
7.5 本章小結(jié) 339
參考文獻(xiàn) 340
第8章 貯箱內(nèi)推進(jìn)劑剩余量精確測量 343
8.1 微重力條件下推進(jìn)劑量測量的特點(diǎn) 343
8.1.1 微重力影響分析 343
8.1.2 低溫推進(jìn)劑貯存 344
8.2 體積激勵(lì)法測量推進(jìn)劑量的原理與數(shù)值仿真 345
8.2.1 測量方法分析 345
8.2.2 體積激勵(lì)法的測量原理 348
8.2.3 影響體積激勵(lì)法測量的因素及修正 349
8.2.4 其余影響因素討論 355
8.2.5 測量系統(tǒng)的誤差分析 361
8.2.6 貯箱體積激勵(lì)過程仿真 362
8.3 低溫推進(jìn)劑貯存的壓力與溫度控制方法 372
8.3.1 物理及數(shù)學(xué)模型 373
8.3.2 壁面肋片對壓控的影響性分析 375
8.3.3 排氣降壓 383
8.4 低溫推進(jìn)劑貯存中的液體量測量方法 388
8.4.1 試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 388
8.4.2 試驗(yàn)方案及流程 390
8.4.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論 391
8.4.4 貯箱非接觸式測量的影響 397
8.5 衛(wèi)星姿態(tài)干擾和貯箱漏熱對液體量測量的影響分析 402
8.5.1 衛(wèi)星姿態(tài)干擾對體積激勵(lì)法測量的影響 402
8.5.2 貯箱漏熱對體積激勵(lì)法測量的影響 412
8.6 本章小結(jié) 418
參考文獻(xiàn) 418
第9章 推進(jìn)劑流量高精度測量技術(shù) 420
9.1 超聲波流量測量方法 421
9.2 基于側(cè)音技術(shù)的流量測量方法 426
9.2.1 側(cè)音技術(shù)解相位模糊 429
9.2.2 鎖相環(huán)技術(shù)跟蹤相位 431
9.3 傳播時(shí)間法對比分析 436
9.3.1 直接時(shí)間測量法 438
9.3.2 互相關(guān)法 438
9.4 本章小結(jié) 440
參考文獻(xiàn) 441
第10章 氣液兩相流特性分析與檢測 442
10.1 流場中氣泡的動(dòng)力學(xué)特性分析 443
10.1.1 流場中氣泡的非線性振動(dòng) 443
10.1.2 氣泡動(dòng)力學(xué)模型的線性化分析 452
10.2 聲波在氣液兩相流中的傳播 456
10.2.1 氣液兩相流中的聲波傳播方程 456
10.2.2 兩相流中的聲衰減系數(shù)與等效聲速求解 459
10.3 超聲波兩相流含氣率檢測方法 465
10.3.1 單頻聲波幅值衰減法 466
10.3.2 雙頻聲波幅值衰減法 469
10.4 超聲波兩相流含氣率檢測試驗(yàn) 471
10.4.1 試驗(yàn)原理 472
10.4.2 試驗(yàn)方案 472
10.4.3 試驗(yàn)內(nèi)容 477
10.4.4 試驗(yàn)結(jié)果 482
10.5 本章小結(jié) 486
參考文獻(xiàn) 486
第11章 衛(wèi)星在軌加注任務(wù)規(guī)劃 488
11.1 共面圓軌道衛(wèi)星群P2P在軌加注任務(wù)規(guī)劃 489
11.1.1 問題描述 489
11.1.2 問題分析與建模 490
11.1.3 模型分析與簡化 493
11.1.4 求解策略 495
11.1.5 仿真分析 496
11.2 考慮攝動(dòng)與復(fù)雜約束的LEO衛(wèi)星群P2P在軌加注任務(wù)規(guī)劃 498
11.2.1 問題描述與分析 498
11.2.2 復(fù)雜約束條件下多階段交會(huì)任務(wù)分析 499
11.2.3 復(fù)雜約束條件下多階段交會(huì)任務(wù)優(yōu)化模型 502
11.2.4 復(fù)雜約束條件下多階段交會(huì)任務(wù)優(yōu)化策略 505
11.2.5 復(fù)雜約束條件下多階段交會(huì)任務(wù)仿真分析 508
11.2.6 考慮攝動(dòng)與復(fù)雜約束的P2P在軌加注任務(wù)規(guī)劃仿真分析 513
11.3 目標(biāo)不確定的GEO衛(wèi)星群一對多在軌加注任務(wù)規(guī)劃 515
11.3.1 問題描述與分析 515
11.3.2 基于混雜優(yōu)化控制理論的任務(wù)規(guī)劃模型 516
11.3.3 模型求解 522
11.3.4 仿真分析 524
11.4 混合模式下GEO衛(wèi)星群在軌加注任務(wù)規(guī)劃 529
11.4.1 問題描述與分析 530
11.4.2 成本與收益模型 530
11.4.3 優(yōu)化模型建模 534
11.4.4 模型求解 536
11.4.5 仿真分析 539
11.5 考慮位置優(yōu)化的GEO衛(wèi)星群多對多在軌加注任務(wù)規(guī)劃 546
11.5.1 問題描述與分析 546
11.5.2 優(yōu)化模型 548
11.5.3 求解方法 550
11.5.4 數(shù)值仿真 552
11.6 本章小結(jié) 559
參考文獻(xiàn) 559
第12章 衛(wèi)星在軌加注技術(shù)總結(jié)與展望 561
12.1 衛(wèi)星在軌加注關(guān)鍵技術(shù)總結(jié) 561
12.1.1 近距離接近技術(shù) 561
12.1.2 空間對接技術(shù) 562
12.1.3 流體傳輸與管理技術(shù) 563
12.1.4 推進(jìn)劑高精度測量技術(shù) 563
12.1.5 衛(wèi)星在軌加注任務(wù)規(guī)劃 564
12.2 衛(wèi)星在軌加注技術(shù)發(fā)展展望 565
12.3 對我國衛(wèi)星在軌加注技術(shù)發(fā)展的啟示 567
索引 570
后記 573