非均匀气动加热下隔热层结构的优化设计

为获得非均匀气动加热条件下高超声速飞行器不同部位的合适的热防护系统厚度,发展了一种基于网格变形技术（ASD）的隔热层结构优化方法。以高超声速飞行器的复合材料隔热层结构为研究对象,采用有限元法在局部均布热流载荷、三角形均变热流载荷和二次函数热流载荷等作用条件下建立隔热层结构的热固耦合分析模型,提出了基于ASD技术与热固耦合分析相结合的结构轻量化设计方法。结果表明,基于网格变形技术能够快速有效地解决优化过程中的网格自动更新问题,并得到了光滑柔顺的厚度形状曲线,优化后更充分发挥了隔热层结构各层材料的承载能力。     

温度交变环境下防热结构胶层厚度设计

再入返回式航天器飞行过程中,在轨温度交变环境下防热结构胶接热应力一直是航天器可靠性设计的关注內容恼乱浴爸忻芏确廊炔牧?硅橡胶-金属“”的胶接结构作为对象,针对典型的低地球轨道温度交变环境,选取±100℃/5个循环环境作为分析条件,用ANSYSWorkbench建立了结构有限元分析模型,考察了不同胶层厚度对于结构热应力及热变形的影响。基于有限元计算结果、热应力理论及胶接工艺分析,给出了温度交变环境下防热结构的胶层厚度设计结果.该有限元模型分析方法可为防热结构热匹配特性研究和设计提供基础依据。     

壳体外防热设计计算及风洞试验研究

基于ANSYS/Workbench平台,二次开发了固体火箭发动机壳体外防热计算的一维程序算法,开展某发动机外防热仿真计算,获得了壳体与涂层间界面最高温度,对比相应风洞试验测试结果,验证了算法的正确性。最后,建立了某固体火箭发动机壳体三维参数化模型,应用该算法,选取外防热涂层厚度作为设计变量,以壳体与涂层间界面最高温度为目标函数,联合ANSYS/Workbench中目标驱动优化功能(Goal Driven Optimization-GDO)进行设计计算,实现了壳体外防热涂层厚度设计的自主择优。     

载人飞船舷窗防热与密封结构的设计与试验

讨论了研制中国载人飞船舷窗防热和密封结构的几个技术难题:1)保证舷窗在返回的高温环境中防热与密封可靠;2)保证窗玻璃材料与周围防热材料烧蚀同步,避免出现局部干扰热流;3)进行多种异质材料,包括透明材料组成的复杂结构温度场的分析计算;4)通过地面模拟试验准确地预测实际飞行条件下舷窗的防热与密封性能。文章阐述了解决这些难点的主要方法和结果。神舟一号至神舟六号的飞行成功表明,舷窗结构的防热和密封性能良好,同时,也给舷窗防热与密封设计技术做了多次飞行验证。     

热防护系统分区协调耦合推进方法

提出一种适用于热防护系统(TPS)热控性能研究的分区协调耦合推进方法,其中采用有限体积法(FVM)进行气动热分析,FVM空间离散采用NND格式,而结构传热采用有限元法(FEM)进行分析,且在耦合面采用基于控制面的双向映射插值方法进行数据传递。进行了圆管算例分析,2 s时刻驻点处温度计算值与试验值相对误差为4.95%。研究了空天飞行器头锥TPS的热控性能,非耦合方法获得的防热瓦和应变隔离垫(SIP)最高温度分别比耦合结果高114.4 K和32.6 K,这是由于非耦合方法未考虑壁面温度升高对气动热的反馈作用,而耦合方法充分考虑了此影响。采用高热辐射率的涂层、低导热系数和较厚的防热瓦能有效提高热防护系统的隔热性能和降低主动冷却系统的功率和重量,而防热瓦最高温度对其导热系数和厚度不敏感。     

临近空间飞行器多物理场耦合建模的网格映射方法

临近空间飞行器的研制面临许多复杂的问题和挑战,涉及总体、气动、结构、控制、防热、动力等多个学科和专业领域的相互作用、高度耦合的子系统。全系统、全流程的仿真验证与性能评估能够为设计工作提供重要依据,缩短研制周期。而气动、结构、防热等专业的仿真建模和模型解算基于有限体积法或有限元方法,依赖于不同的工具软件,且网格的划分方法不同。本文研究了临近空间高超声速飞行器多物理场耦合建模方法,研究并实现了异构网格耦合界面之间与耦合域之间的信息传递方法,从而实现了临近空间高超声速飞行器的多物理场耦合建模与仿真。     

基于遗传算法的挠性航天器大角度机动的变结构控制

为改善带挠性梁航天器大角度机动的变结构控制精度，在建立挠性系统动力学模型的基础上，基于喷气一飞轮执行机构工作模式，设计了简单易行的滑模变结构控制策略，并采用遗传算法(GA)优化了滑动平面和边界层厚度。仿真结果表明，优化后的控制器能对航天器的大角度机动进行有效控制。     

卫星用网格状复合材料承力筒结构优化设计

基于MSC.NASTRAN通用结构分析软件用有限元法对某卫星平台轻量化设计进行了研究.主承力结构选用新型网格状复合材料承力筒结构,优化目标为结构质量最轻.在结构强度、刚度和稳定性,满足卫星平台使用要求的约束条件下,讨论了承力筒的网格交角、网格数、网格截面尺寸与蒙皮厚度、铺层方式,以及材料选择等优化变量的确定.对根据优化...     

非均匀刚度弹性边界结构优化设计及实验验证

为解决运载火箭地面试验过程中弹性边界刚度非均匀导致的实验误差问题,提出了基于刚度等效指标的非均匀刚度弹性边界优化设计框架。首先,针对不同载荷工况,对比真实弹性边界与均匀刚度弹性边界情况下主承力筒壳结构的边界响应,研究刚度等效指标的选取,用以表征结构刚度的非均匀性;然后,以刚度等效指标为设计目标开展非均匀刚度弹性边界结构设计,并给出不同工况下的最优结构设计;最后,基于轴压工况下的非均匀刚度弹性边界最优设计,加工制造非均匀弹性边界结构试件,开展非均匀弹性边界结构原理性实验。实验结果显示,真实弹性边界与结构优化设计的非均匀刚度弹性边界结构的力学响应吻合良好,证明了非均匀刚度弹性边界结构优化设计的可行性。     

弹道导弹防热——隐身一体化结构分析

针对弹道导弹的防热结构、隐身结构的特点，根据结构的防热机理和电磁波在结构中的传输特性，对导弹防热、隐身一体化结构的防热性能、隐身性能进行了分析。同时，对一个典型的结构实例进行了分析、计算，并与测试结果进行了比较。最后简要概述了弹道导弹防热、隐身一体化结构的发展方向。     

非匀速弹道SAR成像方法研究

非匀速直线弹道成像是弹载SAR领域的核心问题之一。首先构建三维空间中的非匀直弹道模型,通过泰勒近似公式分析运动偏差的来源,并将运动偏差分解成方位偏移、地距偏移和俯仰偏移等三个部分。推导了横向运动和俯冲运动分别引起的地距偏移和俯仰偏移函数,从而得到了对应的运动补偿函数。方位偏移表现为SAR平台在方位向作变速直线运动,回波的数据格式可看成空间非均匀采样的结果。为此,提出了一种利用空间非均匀采样模型替代时域变多普勒模型的成像方法。该算法将变速运动等间隔时间采样的回波数据等效为匀速运动中非等间隔时间采样数据,然后通过方位向非均匀离散傅立叶变换将数据变换到均匀频率域,再完成其它后续的成像操作。完整地推导了非匀直弹道SAR成像的全过程,点目标仿真结果清晰可见,表明了算法的有效性。
     

过程集成与设计优化技术在碳纤维增强树脂材料设计中的应用

研究过程集成与设计优化(PIDO)技术在复合材料设计中的应用。以航空器领域上广泛应用的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)为例,开展结构刚度优化设计。根据复合材料中层压板分布特性,以结构固有频率最大为优化目标,通过选择层压板各单层厚度和铺设角度,使用有限元方法模拟铺设角度变化并输出结果,采用优化算法对结果进行判定,得到结构刚度的优化结果。对比两种不同的PIDO优化过程,提出一种结果更优的优化策略——该策略在提高结构刚度的同时,兼顾轻量化,可为优化设计提供更多思路。     

Multi-objective design optimization of the transverse gaseous jet in supersonic flows

The mixing process between the injectant and the supersonic crossflow is one of the important issues for the design of the scramjet engine, and the efficiency mixing has a great impact on the improvement of the combustion efficiency. A hovering vortex is formed between the separation region and the barrel shock wave, and this may be induced by the large negative density gradient. The separation region provides a good mixing area for the injectant and the subsonic boundary layer. In the current study, the transverse injection flow field with a freestream Mach number of 3.5 has been optimized by the non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA II) coupled with the Kriging surrogate model; and the variance analysis method and the extreme difference analysis method have been employed to evaluate the values of the objective functions. The obtained results show that the jet-to-crossflow pressure ratio is the most important design variable for the transverse injection flow field, and the injectant molecular weight and the slot width should be considered for the mixing process between the injectant and the supersonic crossflow. There exists an optimal penetration height for the mixing efficiency, and its value is about 14.3 mm in the range considered in the current study. The larger penetration height provides a larger total pressure loss, and there must be a tradeoff between these two objection functions. In addition, this study demonstrates that the multi-objective design optimization method with the data mining technique can be used efficiently to explore the relationship between the design variables and the objective functions.     

基于改进模糊综合法的雷达抗干扰效能评估

现代战场上的电磁环境日趋复杂，雷达的抗干扰能力已经成为衡量整个雷达系统乃至电子对抗装备性能优劣的重要指标之一。针对模糊综合评估法在雷达抗干扰效能评估中对各指标隶属度不敏感的问题，受“木桶效应”启发，基于对效能评估指标体系中各指标隶属度值的奖励与惩罚机制，构造了局部状态变权函数对常权向量进行变权。在此基础上，提出了一种改进的模糊综合评估方法。最后，将该评估方法应用于雷达抗干扰效能的评估实例中，结果表明，使用该模型可以获得更加客观合理的评估结果。     

流体式高超声速可调进气道流动机理及工作特性分析

针对基于二次流控制的定几何高超声速可调进气道设计概念,给出了其具体的流道实现方案,而后通过全流道仿真分析,检验了该可调进气道在马赫数4~6范围内的可实现性,获得了其工作特性,并对弯曲激波后的总压损失特性、二次流的能量获取及消耗机制等流动机理进行了专门分析。结果表明：该流体式可调进气道能够依靠自身高压驱动二次流来实现对口部波系的调节,使进气道在低马赫数下的流量系数相对于常规定几何高超声速进气道提高24%以上,总压恢复提高7%左右,且最大二次流消耗量只占了进气道捕获流量的1.6%左右。另外,虽然弯曲激波的波后总压和马赫数分布表现出了一定的不均匀性,但是其平均总压恢复系数与相同倾角平面激波相比下降不大。二次流循环流动所消耗的机械能由外部外流剪切力做功补充,而二次流注入会使当地边界层的速度型变得瘦弱,形状因子增大。     

有限元分析在结构设计中的应用

应用有限元分析软件MSC PATRAN和MSC NASTRAN ,对激光捷联惯测组合的机箱结构进行静力分析和模态分析 ,定量地得到机箱厚度和加强筋的截面尺寸对机箱变形量和应力分布以及固有频率的影响 ,进一步将这种方法推广到各弹上仪器的结构设计中 ,从而使弹上仪器达到优化强重比的要求。     

典型星载遥感器光学系统总剂量效应防护方法与设计

针对空间不连续工作的典型星载光学遥感器的结构和光学系统,进行抗辐射薄弱环节与总剂量效应的仿真分析计算,提出在遥感器入光口遮光罩处增加防护盖以降低光学系统中辐射吸收剂量预示最大位置处的吸收剂量,并对防护盖的具体参数进行仿真优化设计。研究表明:光学系统各光学部件所在位置辐射吸收剂量处于不均匀状态,接收地物信息的第一镜体处的预示值最大;安装防护盖后,可大幅降低该处的辐射吸收剂量,使之与其他部位的吸收剂量处于同一量级水平;防护盖的实施参数以厚度1~3 mm、距离入光口遮光罩端部小于20 mm为最佳。文章最后描述了防护盖设计方法的通用性,给出了防护盖的适用技术条件。     

混杂纤维缠绕壳体设计

应用网格理论，得到了固体火箭发动机混杂纤维缠绕壳体在内压作用下的平衡方程。给出了混杂纤维缠绕圆筒壁厚的计算公式。讨论了用模拟实验压力容器确定纤维发挥强度的问题。算例表明，文中给出的设计计算方法，可用于混杂纤维缠绕壳体的初步设计。     

火箭结构估重与总体优化设计的数字化实现及应用

火箭新型号总体方案论证时,一般借鉴国内外相近规模和相同推进剂火箭的结构系数进行类比确定子级结构系数,按照比例系数分配贮箱和壳段等部段的质量,但该质量分配不能反映载荷对结构设计的影响,在细化迭代设计中易造成方案无法闭环,导致设计工作反复。为了加快总体方案论证,提出一种基于载荷的箭体结构快速估重方法,开发形成结构估重数字化模块并嵌入总体设计平台。应用案例表明,提出的数字化估重平台能够有效提高估重精度,同时显著缩短论证周期,兼具总体方案比较和优化、全箭质量管理等功能,能有效降低方案推翻重新设计的风险,在新型号总体方案论证中发挥了重要作用。