供氧系统爆炸减压动态特性地面实验方法研究

介绍了一种供氧系统高空爆炸减压动态特性的地面模拟实验方法,并将实验结果与在爆炸减压舱的实验结果进行了比较分析.实验结果表明:地面模拟与爆炸减压舱模拟供氧系统动态特性的实验曲线基本吻合,两者的卸压时间存在一个比例关系,从而说明了所提出的地面模拟实验方法的有效性.     

多舱段载人航天器氧分压控制仿真分析

为确保乘员安全性,载人航天器需通过氧分压控制系统将密封舱内的氧分压控制在指标范围内.提出了一种两舱段载人航天器密封舱氧分压控制系统数学模型,包括密封舱体、乘员、供氧组件、舱间通风(IMV)等多个子模块.通过与相关试验数据进行对比,证明了数学模型的准确性.针对由两个容积为60 m3密封舱组成的组合体,利用该模型分析了乘员驻留位置、舱间通风量、氧分压监测模式对两舱氧分压的影响.结果表明:当舱间通风量为0.5 m3/min 且6人驻留在氧分压非主控舱时,两舱氧分压上限差别达到2.2 kPa.两舱氧分压差别会随着舱间通风量的增加而减小.单舱监测模式和两舱监测模式对两舱氧分压影响并不显著,当舱间通风量超过1.5 m3/min时,两种控制模式的氧分压控制效果趋于一致.      

航天火工品爆炸引起的电磁干扰测量

通过地面模拟试验测量了火箭分离时火工品的爆炸产生的电磁辐射.通过杆天线和实时频谱仪测量了不同种类的航天火工品的爆炸辐射,表明辐射随着爆炸能量的增加而增强.使用聚能炸药索时,在爆炸分离后的数十毫秒内都会有明显的电磁脉冲出现,其频率主要集中在兆赫兹量级,在单个频点上的电场峰值可达数个V/m.使用偶极子天线对爆炸时舱体内外的电磁环境进行了对比,并对舱内线路上的感应电流脉冲进行了测量,得到了一些初步结论.试验结果可为舱内电子设备的抗干扰设计提供参考.      

航空供氧系统高空性能参数数值仿真

根据航空供氧系统高空性能的工作原理,利用理论简化结构模型和气体动力学知识,建立了供氧系统部分高空性能参数的数学模型.在Matlab/Simulink系统仿真环境下,对高空部分性能参数进行了数值仿真计算,分析了高空性能中的充氧时间控制以及供氧面罩余压与拉力管内压力的比值特性和各种结构参数对面罩余压大小的影响.通过对仿真计算结果与试验结果的对比分析,表明所建立的数学模型是有效的,采用的仿真计算方法符合计算精度要求,对供氧系统高空性能的设计和改进工作具有一定的参考作用.     

箔条云团的布朗运动扩散模型

假定箔条所在位置处大气运动速度是一个维纳随机过程,同时在忽略箔条的质量时箔条的运动完全反应当地大气的运动,在此基础上建立箔条云团的扩散模型及数值仿真模型. 对扩散模型进行分析得到了箔条云团扩散过程中的数字特征.对数值仿真模型的分析表明必须对大气的运动方差进行时间离散化补偿,进行离散化补偿后箔条云团的数字特征不受模拟时时间步长的影响.模拟结果证明了分析的正确性.     

模拟三维重力波传播过程的并行数值模式

从三维大气运动的基本控制方程出发, 基于MPI消息传递接口和区域分解的思想, 建立了模拟三维可压缩大气中重力波传播过程的并行数值模式. 在对垂直方向进行区域分解的基础上, 针对跳点网格的特点, 以垂直速度主格点线为子区域的下边界, 状态变量主格点线为子区域的上边界进行区域分解. 利用MPI消息传递接口来传递计算各子区域中变量时所要用到的相邻子区域上相应变量, 从而顺利地完成对整个计算域的并行计算. 根据线性重力波理论, 通过模拟小振幅重力波的传播过程对所建模式进行了验证. 结果表明, 模式可以很好地模拟小振幅重力波在三维空间中的传播过程, 模拟的重力波振幅随着传播高度的增加以指数形式增长, 对能量传播路径以及有效扰动位能和扰动动能的模拟结果均与理论预测的结果吻合很好. 另外, 随着进程个数的增加, 完成相同的计算量所用的计算时间也显著减少. 这表明本文建立的并行数值模式不但能够很好的模拟重力波的传播过程, 而且能够有效地节约计算时间.      

涡扇发动机地面起动过程性能模拟

用积分方法建立了混合排气加力涡扇发动机起动过程模拟模型并用该模型进行了仿真计算,模型基于气动热力学方程、各部件特性以及经验关系式,根据给出的发动机起动过程初始条件、燃烧室供油规律等进行计算.为说明所建立的起动性能模型的模拟效果,将程序计算结果与试验结果进行了比较,结果表明该起动仿真模型能较准确地模拟混排加力涡扇发动机的地面起动过程.还分析了计算过程中对起动过程有比较大影响的因素,包括计算时间步长,起动机脱开转速,燃烧室总压恢复系数的经验系数,大气温度、压力以及海拔高度等.了解这些因素对起动过程及模拟结果的影响,便于通过修正的途径将该计算方法用于发动机地面起动性能的准确模拟.      

非等间距显式算法在重力波非线性传播数值模拟中的初步应用

采用3阶TVD型显式时间积分方法,建立了2维可压缩大气中重力波非线性传播的非等间距显式数值模式.对小振幅重力波传播过程的模拟结果表明,该模式能够很好地再现小振幅重力波的传播过程,并能保持能量守恒关系和各扰动量之间的相位关系,与线性重力波理论预测的结果吻合很好.对有限振幅重力波的模拟结果表明,与格点数相同的等间距网格中的模拟结果相比,采用非等间距网格能够以更高的分辨率模拟重力波的不稳定传播直到破碎的整个过程;在非等间距网格中的模拟结果与在加密一倍的等间距网格中的模拟结果相同,说明了用非等间距网格模拟重力波的饱和与破碎过程是正确的,并且采用非等间距网格能够大大减少计算量.      

飞行员迅速减压肺损伤仿真计算及应用

根据飞机座舱迅速减压导致飞行员肺损伤的机理,考虑了飞行员呼吸状态和呼吸道通畅程度等生理因素对迅速减压峰值的影响,建立了迅速减压肺损伤非刚性仿真模型,利用C++编程实现仿真计算和结果显示.分析了肺内压强变化趋势以及肺内减压峰值变化规律.运用实验数据及文献实例对此模型进行了验证.通过对不同减压条件下肺内减压峰值进行预测和分析,划分了不同迅速减压条件下减压峰值区域.基于此模型对3种典型的飞机(战斗机、轰炸机、客机)座舱迅速减压特点进行了分析.结果对飞行员及民航旅客的生命安全保障及防护装备的设计有参考价值.     

翼型波浪水面巡航地面效应数值模拟

数值求解非定常不可压缩流动的雷诺平均N-S(Navier-Stokes)方程和标准k-ε湍流模型,用VOR(Volume Of Fluid)方法模拟波浪水面,模拟了NACA2410翼型在波浪水面上方飞行的流场.研究了余弦波浪水面的生成方法,选取合适的计算网格和时间步长,避免了在生成规则余弦波浪水面时由于数值耗散使波面形状衰减.比较了固壁波浪与水面波浪计算结果的差异,发现固壁波浪的结果更接近余弦曲线分布.研究了波浪等级对翼型气动性能的影响,分析计算结果发现:在规则的余弦水面波浪上方飞行,翼型气动力呈现周期性,给出了一个周期内气动力的变化过程,以及波长和波幅对气动力平均值和波动幅度的影响规律.      

三床型机载制氧系统控制设计与实验验证

为解决两床型机载制氧系统在实际应用过程中出现的输出压力波动大及低空氧浓度偏高等问题,需研制与开发三床型机载制氧系统。为此,依据系统控制逻辑,采用电磁阀驱动电控气动阀循环工作的控制模式,开展了三床型机载制氧系统的控制设计,提出了高低空分段调节循环周期的控制方法,并在不同输入压力、流量条件下,对三床型机载制氧系统进行了循环周期实验,探索了产品气氧浓度随循环周期时间的变化规律。研究结果表明:当采用高空循环周期为6 s,低空循环周期为9 s,高低空分段高度为3.5 km等控制参数时,系统控制设计可适用于三床型机载制氧系统,并满足三床型机载制氧系统控制设计的需求。      

飞机空中跳伞应急出口切割装置设计与试验

爆破切割蒙皮形成应急出口在飞机上的应用国内尚属首次,其最大优点是节省救生准备时间.从爆炸减压、结构变形、结构强度、爆炸反向冲击等方面进行了理论计算,分析了高空爆破切割形成应急出口的可行性.针对切割索弯折过框及长桁降低切割效果问题,进行了摸底试验和余度试验,试验结果表明:只要过框位置切割索弯折后与框距离控制在2~8mm,过长桁位置切割索弯折后与长桁距离不大于2mm,就可以满足切割分离要求,切割索弯折后相互之间不产生影响.通过1∶1地面验证试验,证明了爆破切割蒙皮形成应急出口的可行性,并成功安装于某型飞机上.研究成果可为其他型号采用爆破切割技术提供理论基础和试验数据支持.     

气象因素对飞机进近飞行燃油效率的影响

气象因素对航空飞行意义重大。为了考察航空飞行的燃油效率,基于飞机性能数据库（BADA）模型,考虑气象因素,建立飞机燃油消耗的修正模型。以广州白云国际机场某进港航班为例,开展飞机进近飞行仿真试验,从燃油流量和燃油消耗量2个维度分别讨论气温、气压、风速变化对飞机燃油效率的影响。结果表明:气象因素与飞机燃油效率存在明显的相关性。当飞机飞行高度一定时,气温升高,燃油流量和燃油消耗量增大,燃油效率降低;气压增强,燃油流量无明显变化,燃油消耗量略有降低,燃油效率升高;风速增加,燃油流量和燃油消耗量先减小后增大,燃油效率先升后降,风速为4 m/s时燃油效率最高。当飞机飞行高度下降时,气温和气压升高,风速下降,燃油流量小幅度波动上升,燃油效率降低。最佳气象条件下,一次进近飞行能减少约3%的燃油消耗。研究结果对提高实际飞行的燃油效率有一定的参考意义。      

火箭空中爆炸冲击波峰值超压预测方法

研究火箭空中爆炸冲击波参数预测方法对于乘员舱的安全评估具有重要意义。为了探究火箭空中爆炸时飞行高度对峰值超压的影响，获取冲击波参数快速预测方法，利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对火箭飞行至0~20 km高度爆炸进行了有限元仿真分析。结果表明，作用于乘员舱的冲击波峰值超压随飞行高度的增加而快速减小。火箭空中爆炸冲击波压强衰减系数与飞行高度之间的关系服从二次函数衰减。在此基础上，提出了考虑高度效应的火箭空中爆炸冲击波峰值超压预测公式，可为乘员舱的快速危害性评估以及防护研究提供一定参考。      

分子筛氧气浓缩器产氧性能实验分析

根据"变压-吸附-解吸附" 压力交变原理,研制了分子筛氧气浓缩器样机.通过不同入口压力、输出流量、高空压力和温度环境实验,测试了分子筛浓缩器样机的制氧性能.结果表明,分子筛氧气浓缩器样机产氧浓度随入口压力和上升高度的增加而增加;随输出流量的增加而减少;升降速度、环境温度影响不大.系统产氧性能基本满足系统工程生理学防护要求,其性能与国外产品有可比性.     

Modeling and analysis of floating performances of stratospheric semi-rigid airships

In recent years, the study of semi-rigid airship has revived with the development of airships. Semi-rigid airships have some characteristics of rigid airships and non-rigid airships. Due to the flexibility of the envelope of the non-rigid airship, the variation of the temperature of the inner gas will lead to its structure deformation and affect its flight altitude. This paper develops the structural mechanics model, thermodynamic model and dynamic model of the semi-rigid airship, based on which nonlinear finite element analysis is employed for geometrically nonlinear deformation of the airship upper film in consideration of thermodynamics and structural mechanics coupling. Based on the thermal-structural interaction, the thermal characteristics and flight performances of the airship during floating flight are investigated. The 3-D solar radiation and temperature distribution of the airship skin and the temperature variation of the inner gas are presented to investigate the thermal performance of the airship, flight velocity, acceleration and flight altitude are simulated to investigate the flight performance, and the variations of the volume and pressure difference of the inner gas are calculated to provide a basis for structure design. The results of the simulation can be referenced for the design of the semi-rigid airship, and can be used for the further study on the attitude control of the airship during its floating flight.     

利用气动力的大气制动过程中近心点高度控制

针对大气制动轨道转移过程中出现的近心点下降问题,给出了一种利用气动力实现近心点高度控制的方法.设计了以倾侧角为控制变量的大气内飞行控制律,并参考相关星际探测任务进行了仿真验证.通过改变倾侧角调整气动力在高度方向上的分量来实现对制动轨道近心点高度的控制,并根据当前近心点高度与预定近心点高度自动调整反馈增益.在整个大气制动过程中本方法无需燃料消耗即可有效地限制近心点下降并最终减少下降量,同时使飞行过程中的最大动压和最大热流密度逐渐降低,保证了航天器的安全.