月球着陆器着陆性能及多因素影响分析

以某型号月球着陆器铝蜂窝缓冲软着陆腿为对象,研究了月球着陆器月面软着陆性能.采用非线性有限元方法,建立了月壤和着陆腿结构有限元模型,进行了单腿着陆冲击非线性动力学仿真分析,将仿真结果与试验及多刚体系统动力学分析结果比较.文中还研究了月壤模型和主辅支柱结构弹性对月球着陆器着陆性能的影响.结果表明:非线性有限元分析结果与实验结果吻合较好,优于多刚体系统动力学分析结果;着陆腿主支柱的结构弹性对着陆性能影响较大;月壤有限元模型的离散化对分析结果有一定影响.     

月球着陆器软着陆半主动多态控制

基于磁流变阻尼器在月球着陆器上应用的可行性及其阻尼的可控性,设计了一种磁流变缓冲装置.考虑到着陆时减速火箭的反推力影响以及着陆时地面撞击的作用,假设着陆器的着陆初始高度多变,建立了一种月球着陆器着陆地面冲击模型.根据着陆过程缓冲与减振的要求,采用了软着陆半主动多态控制策略.应用加速度与速度响应进行状态切换,并根据能量守恒原理确定出多态控制缓冲嚣的状态参数.3种不同被动控制进行比较分析.结果表明,半主动控制缓冲器能很好地降低着陆器着陆冲击时的过载,同时也能很好地减缓其着陆时的振动.采用半主动多态控制策略的着陆器对较高的着陆初始高度和较大的接地下沉速度的适应性很强,其缓冲效率随着着陆初始高度的增加而增加,在达到允许的最大加速度和允许的最大缓冲行程时,缓冲效率达到最高,这能很好地保障着陆器软着陆安全.     

基于Adams/ATV履带车越沟能力仿真研究

用ADAMS10.1版增加的履带工具箱(ATV),建立履带车辆的多体系统动力学模型。通过对该履带车辆以2m/s的速度通过1.2m壕沟仿真研究,得出该履带车辆的动力学性能。     

飞机尾流涡旋的速度模型分析

为了避免在起飞和着陆过程中遇到危险尾流,空中交通管理规则中规定了安全尾流间隔.本文基于独立的涡旋原理,依据空气动力学原理和基本的统计学基础建立了尾流强度和尾流速度模型,反映了尾流从产生到衰退的整个生存周期,研究了飞机重量、涡旋几何范围和尾流的生存时限等影响参数.提出了尾流速度在机翼翼尖处的最大速度约19 m/s,尾流涡旋的最大生存时限在2 min左右,尾流涡旋强度随时间变化而减弱,涡旋半径随时间变化而增大.研究表明,尾流涡旋将产生大量的旋转力矩和垂直移动,甚至在当前规定的间隔中,由飞机产生的涡旋力矩也使飞行员操纵飞机变得困难.     

面向星表柔顺着陆的阻尼力可控电磁缓冲器设计

未来,载人航天、基地建设等任务要求着陆器具备柔顺落震、可重复使用、可调姿/移动等功能,基于材料塑性变形吸能机理的传统着陆器将无法满足相应要求,为此,本文提出了一种可实现着陆器星表柔顺落震和可复用、可调姿、可行走等功能的阻尼力被动可控电磁缓冲器,完成了结构设计、理论分析和仿真验证。首先,提出了一种采用电磁缓冲器作为辅助缓冲支柱的新型可复用着陆器,完成了落震动力学分析,得出了电磁缓冲器的主要性能指标和结构参数;其次,介绍了电磁缓冲器的内部结构设计和基于滑动电阻导杆的阻尼力被动可控实现机理;最后,通过有限元方法完成了虚拟样机建模与仿真,验证了电磁缓冲器的功能有效性,并确定了能耗电阻、励磁电流等关键电性参数。该电磁缓冲器创新性地实现了阻尼力的近似线性的平滑变化,从而有效降低着陆器触地瞬时冲击过载,提高落震过程柔顺性,并将最大过载系数限定在要求的范围内,为面向未来星表软着陆任务的新型着陆器研制提供了一种缓冲吸能解决方案。     

直升机低速回避区计算分析

在可实现安全自转着陆的条件下,基于最小化回避区面积的思想分析预测了直升机低速高度——速度曲线。将直升机自转着陆表示成非线性最优控制问题,其状态方程使用发动机失效后增广的纵向三维刚体飞行动力学模型。采用直接转换和非线性规划的方法求解非线性最优控制问题。以UH-60直升机为例,计算了考虑1s操纵延迟的单发失效的低速高度-速度曲线,并给出了高悬停点、拐点和低悬停点的最优自转着陆过程,发现这些最优着陆过程与驾驶员的实际操纵程序一致。     

多腔体气囊式回收系统的着陆冲击动力学建模与分析

首先对深空探测气囊式回收系统的结构特性进行了分析,讨论了多腔体气囊系统动力学分析模型的构造思路。然后引入一维流管理论描述子气囊之间气体流动的通气孔。最后通过气囊式回收系统着陆冲击过程的仿真分析了通气孔面积对系统着陆缓冲性能的影响,验证了通气孔模型的有效性。分析结果表明,本文建立的动力学分析模型能够较为全面地反映出气囊式回收系统的着陆冲击过程,分析出回收系统的各项工作参数或环境因素对系统着陆缓冲性能的影响。     

动力学参数对倾转旋翼机气弹稳定性的影响研究

在建立倾转旋翼机飞机模式和直升机模式下的旋翼/短舱/机翼系统耦合气弹动力学分析模型的基础上,分析了倾转旋翼、机翼动力学参数对倾转旋翼机气弹稳定性的影响,得到了不同动力学参数对前飞时回转颤振速度和悬停时模态阻尼的影响曲线,对于倾转旋翼机动力学设计具有理论指导意义.     

柔性飞机起落架改进设计

综合运用着陆响应模拟和优化设计方法以改进大柔性飞机起落架的设计.以弹性飞机的三质量块等效模型、油气缓冲器多方指数气体弹力模型、油气缓冲器速率平方油孔阻力模型和幂函数轮胎力模型模拟弹性飞机着陆动力学.考虑了大柔性飞机着陆撞击中的缓冲器最大行程、最大缓冲器力及机翼最大位移,对起落架参数进行优化设计.结果表明,大柔性飞机机体结构弹性对起落架参数设计有较大的影响,采用优化设计的油针式缓冲器可以改进起落架的着陆性能.     

航天器着陆缓冲机构技术研究进展

航天器着陆缓冲机构是开展地外天体着陆探测的核心装置,其着陆性能直接关系到整个探测任务的成败。本文梳理并总结了现有航天器着陆缓冲机构的相关设计技术,重点介绍了航天器着陆缓冲方法、机构构型和地外小天体着陆/锚定机构,并对其优缺点和适用情况进行了总结分析。其次,针对各类着陆缓冲机构总结了动力学分析技术现状,对比了理论解析模型法、全机刚体仿真分析法、刚柔耦合仿真分析法、全机柔性仿真分析法和半主动控制仿真法等动力学分析方法的优劣。再次,论述了地面等效试验技术的研究进展,阐述了滑轮平衡法、斜坡模拟法和全机1/6尺寸模型法3种地面等效试验方法的主要特点。最后,结合未来深空探测需求,对航天器着陆技术存在的问题、及发展趋势进行了总结与展望。     

超疏水表面对湍流边界层相干结构影响的TRPIV实验研究

湍流边界层中的相干结构是壁面摩擦阻力的主要来源。通过研究超疏水壁面对相干结构的影响，揭示其减阻机理。利用高时间分辨率粒子图像测速技术（TRPIV），分别对流速为0.165m/s的亲水壁面和超疏水壁面平板湍流边界层进行测量，得到了2种壁面瞬时速度矢量场的大样本时间序列。通过对比分析2种壁面的平均速度剖面和湍流度，得到了5.39%的减阻效果。通过二维空间两点相关函数的方法定义并提取相干结构，对比得到超疏水壁面能够有效减小相干结构流向尺度的结论。进一步采用λ_ci准则对发卡涡头进行识别，并以此为条件事件对其周围的脉动速度分布情况进行线性随机估计。结果表明:超疏水壁面能够有效削弱单个发卡涡头的强度，并且能够影响其周围发卡涡包结构的组织形式，整体减弱涡包下方近壁区低速流体质点的流向脉动，从而有效减小壁面摩擦阻力。     

Automatic Carrier Landing Control for Unmanned Aerial Vehicles Based on Preview Control

For carrier-based unmanned aerial vehicles(UAVs),one of the important problems is the design of an automatic carrier landing system(ACLS)that would enable the UAVs to accomplish autolanding on the aircraft carrier.However,due to the movements of the flight deck with six degree-of-freedom,the autolanding becomes sophisticated.To solve this problem,an accurate and effective ACLS is developed,which is composed of an optimal preview control based flight control system and a Kalman filter based deck motion predictor.The preview control fuses the future information of the reference glide slope to improve landing precision.The reference glide slope is normally a straight line.However,the deck motion will change the position of the ideal landing point,and tracking the ideal straight glide slope may cause landing failure.Therefore,the predictive deck motion information from the deck motion predictor is used to correct the reference glide slope,which decreases the dispersion around the desired landing point.Finally,simulations are carried out to verify the performance of the designed ACLS based on a nonlinear UAV model.     

基于功率谱密度法飞机地面变速滑跑动力学分析

提出了飞机地面变速滑跑的非稳态响应分析的新方法,该方法基于频域的功率谱密度法.建立了飞机地面滑跑的起落架分析模型;引入了概率平均意义上的当量线性化方法,用该方法处理了起落架缓冲器空气弹簧、油液阻尼和库仑摩擦力以及轮胎刚度和阻尼等非线性参数.利用变量代换和傅里叶变换导出了非稳态激励下的跑道不平度的功率谱密度函数.导出并分析了具有代表性的飞机重心过载的频率响应函数.工程算例表明,在达到相同的滑跑速度条件下,飞机加速滑跑引起的飞机重心过载响应比飞机地面匀速滑跑引起的飞机重心过载响应小;并且加速度越大,在达到相同的滑跑速度条件下所产生的飞机重心过载响应越小.     

飞翼无人机低速着陆状态抖振响应研究

基于RANS方程和SST湍流模型,采用飞翼无人机升力系数判据、俯仰力矩判据和表面极限流判据等对抖振始发迎角度进行了预测估计。基于较为详细的结构模型和气动模型,构造了结构与气动的耦合求解技术,同时采用弹簧近似光滑和局部重构组合方法对气动的动网格技术进行更新;然后分别在时频域内分析了飞翼无人机的抖振载荷响应。研究结果表明:基于CFD的RANS方程、SST湍流模型及各类判据预计刚性飞翼无人机在低速大迎角状态下的抖振始发迎角可以得到较为合理的结果;采用升力系数判据、俯仰力矩系数判据预测的抖振始发迎角与表面极限流判据预测的始发迎角相比要保守一些;而表面极限流判据方法能给出翼面气流流动的细节,采用此判据可以分析对比不同迎角下的翼面气流流动变化情况;与气动弹性及嗡鸣响应相比,抖振是一种强迫振动,其响应频率并不单一。     

GNSS-R海面风速反演算法

针对目前GNSS-R海面风速反演方法观测量单一，精度较低的问题，提出一种基于时延多普勒相关功率图（Delay Doppler map，DDM）的分割多普勒波形匹配反演算法。该方法利用新的DDM观测量，经过训练后，可以反演海面风速。使用该算法根据给定条件建立风场反演模型，以CYGNSS数据作为仿真输入量。仿真结果表明，利用该方法在海面风速20 m/s以下，反演风速的均方根误差为2.01 m/s，结果优于传统GNSS-R风速反演使用的峰值功率法和前缘坡度匹配法（Leading edge slope matching method，LES）。     

采用长细管法进行脉动压力转捩探测的实验研究

为了简便地使用测量模型表面脉动压力特征的方法探测边界层转捩位置,需要研究脉动压力传感器接在传统测压模型外的适用性,即通过长细管将模型表面的脉动压力信号传递到脉动压力传感器上的方式是否可得到转捩的特征信号。首先采用信号发生器驱动扬声器,在无风条件下,测量了长细管对不同频率声压信号的传递损失情况。证明了所采用的长细管系统具有合适的工作频带。然后在西北工业大学NF-3低速风洞二元实验段、实验风速为30m/s的条件下,对弦长为800mm、展长为1.6m的翼型模型沿弦向进行了脉动压力信号测量,并通过改进的数据处理技术判断了模型表面的转捩位置。研究结果表明,采用长细管系统进行脉动压力方法转捩探测具有一定应用价值,值得进一步深入研究。     

Ahmed 模型的流固耦合数值计算方法探索与实验验证

流固耦合效应会影响汽车行驶安全性,对该效应的数值模拟方法的可信度需要验证。以 Ahmed 模型作为数值仿真和实验验证的对象,数值计算是流体计算与结构计算两部分耦合,配合风洞实验的位移、压力测量技术与流场显示技术(烟流法、丝线法)与之比较,数值模拟与实验所得位移结果之间的差异始终在20%以内。从流场结构角度分析得到流固耦合效应影响气动力的机理主要在于流场中涡的拓扑结构变化。为将来数值研究时变侧风下车辆的流固耦合问题提供实验及理论依据。     

鼻锥声学特性试验研究

该文内容涉及在气流当中进行声学测量存在的传感器自噪声问题.在速度为10m/s以下的气流中测量噪声,通常用泡沫球形风罩可有效降低气流流过传声器时产生的噪声(称为传感器自噪声).在速度为10m/s以上时,为降低自噪声,传声器必须装上特殊形式的鼻锥.但风速达到某个数值以后,传声器自噪声仍会太大以至于无法进行声学测量.所以,在高速气流中进行声学测量时,传感器自噪声成为测量的制约因素.根据自噪声主要取决于鼻锥的边界层与透声孔干扰的论断,笔者用风洞实验的方法研究了三种形式鼻锥的声学特性,试图寻找降低自噪声水平和提高实验风速的方法.研究表明,在透声孔上覆盖纱网可以降低传感器自噪声.在本文的实验条件下,加纱网可以降低自噪声约5dB或在保持自噪声水平相同的条件下提高实验风速约10m/s.     

一种分析滑橇式起落架直升机"地面共振"的方法

针对滑橇式起落架直升机，提供了一种“地面共振”动力稳定性分析的方法。首先，针对滑橇式起落架在承受直升机重量与旋翼升力时产生大变形的特点，逐级用有限元法计算其刚度和变形，并通过与地面库伦摩擦系数的比较，判断滑橇式起落架与地面接触的橇筒所受摩擦力的大小以及与地面产生的相对运动；其次，考虑滑橇式起落架与直升机相连阻尼器的作用，将有限元计算弹性刚度的方法拓展到适用于复刚度的计算；最后，根据直升机旋翼桨毂不同的结构形式，用桨叶振动模态法对滑橇式起落架的直升机进行“地面共振”动力稳定性分析，并通过算例得到验证。工程实例分析结果表明，本文方法具有物理概念清晰、运用方便的特点，能适用于各种旋翼结构形式的滑橇式起落架直升机的“地面共振”分析。