航天器空间环境模拟器热沉热均匀性分析

通过建立传热数学模型以及求解,给出了空间环境模拟器中热沉热均匀性优化的结果。和其他以肋片为基础的辐射器不同,空间模拟器热沉主要是要尽可能的提高其热均匀性。因此,通过改变热沉的几何参数(热沉肋片长度、肋片厚度和液氮管半径)以及物理参数(液氮流速),进行了详尽的热沉热均匀性分析。在分析中发现,随着热沉肋片厚度的增加和长度的减小,以及流管内流速的增大,其热均匀性都有提高,但是热沉支管半径变化对热沉均匀性的影响并没有肋片长度和厚度以及液氮流速的影响那么明显。最后,根据数值计算结果给出了热沉优化设计参数取值范围和参考意见。     

喷射式气氮调温系统

气氮调温系统是空间环境模拟器中为航天器进行热真空、热平衡试验的关键系统之一。它可使热沉温度在－100℃－＋100℃之间连续可调，并能任意定点。采用喷射式气氮调温系统，与液氮储槽式冷却器调温系统、液氮温度热沉加红外加热笼系统相比，可降低能耗，节约经费。大型空间环境模拟器中由于热沉的热惯性较大以及各支路温度存在均匀性等问题，大型空间模拟器设备要应用喷射式气氮调温系统存在一定难度。KM6大型空间模拟器喷射式气氮调温系统在研制中结合KM6实际和试验要求。调试和使用结果证明这一系统满足试验要求，同时也表明该系统在同一领域达到了国际同类设备的水平。     

液氮系统设计技术

KM6空间模拟器是中国新研制的一台大型空间环境模拟试验设备，液氮系统是该设备的一个主要分系统，首次应用在中国空间模拟器低温环境模拟上。文章介绍了液氮系统设计方案的选择，提供了液氮系统的主要设计计算内容，并通过调试结果及使用情况，说明了该系统的设计是成功的，对KM6液氮系统今后的推广应用具有重要的意义。     

高动态GPS模拟器闭环测试系统结构与软件设计

给出了具有实时性、灵活性和可扩展性的整个GPS(Global Positioning System,全球定位系统)模拟器闭环测试系统的结构,引入了数据收集用GPS接收机;推导了多路高动态GPS信号的数学模型,并提出在信号状态计算中增加两个参数以反映高动态的影响;在此基础上建立了模拟器软件的体系结构,并给出了软件设计实例和仿真结果.所设计的GPS信号模拟器可以为GPS用户端设备的参数测量、软硬件调试、性能测试和评估等提供一个逼真的高动态信号环境.      

基于气浮的卫星挠性旋转帆板物理仿真系统设计

挠性附件运动时产生的弹性振动是影响空间飞行器指向精度和控制性能的主要原因.因此,在地面对控制系统抑制振动的性能进行验证具有重要意义.由于太阳帆板低频且长度较大,在地面构建大范围运动的空间微重力环境,耗资及难度极大.本文提出一种基于等效主轴惯量与挠性频率的卫星挠性旋转帆板挠性模拟器,基于气浮法设计了低摩擦与微重力环境的物理仿真系统,并建立了模拟器的动力学模型,等效模拟了卫星挠性旋转帆板的振动特性,降低了卫星挠性旋转帆板地面微重力运动环境模拟的难度,实现了对其控制算法抑制振动性能的有效及高经济性测试.仿真结果表明,模拟器可以通过简单操作实现参数的平滑改变以模拟不同参数及结构的卫星挠性旋转帆板,且具有与真实太阳帆板一致的振动特性,满足测试要求.      

小转矩电动式负载模拟器的设计

设计了适用于小转矩范围的电动式负载模拟器,并分析了其结构和动态性能. 介绍了电动式负载模拟器的结构和工作原理,建立了电动式负载模拟器的数学模型,并对系统稳定性进行了理论分析和仿真研究.在系统中引入多重反馈和前馈,再辅以控制方法进行电机控制,收到了良好的效果.仿真数据表明,所设计的电动式负载模拟器在小转矩范围内能够达到电液负载模拟器的控制性能指标.      

基于动力补偿的液压并联运动平台控制策略

针对所研制的飞行模拟器用大负载液压六自由度并联运动平台,在对系统闭环动力学模型进行详细分析的基础上,依据系统数学模型存在外扰力、摩擦力及不确知参数等因素影响的控制特性,利用系统闭环动力学模型的动力补偿特性,采用六维动力补偿器,提出一种PD控制器加小波神经网络补偿器进行在线动力学补偿的实时控制策略,并通过实验验证了其控制的有效性.结果表明:该方法具有良好的跟踪特性,能够提高系统响应快速性、运动精度及抗负载扰动能力,很大程度上克服了系统的动力耦合及参数时变和未知力扰动带来的影响,为多自由度运动系统的高性能实时控制开辟了崭新途径.      

液体姿控发动机76km高空模拟试验系统性能仿真

为研究液体姿控发动机76 km高空模拟试验系统的工作性能,建立了考虑燃气相变的试验系统集中参数动态仿真模型。模型由真空抽气系统、冷凝管束和液氮外流程3个子模型组成。根据燃气、霜、液氮之间的传热和传质过程将各子模型耦合在一起。以四氧化二氮/甲基肼双组元姿控发动机为实例,计算了稳态和脉冲点火试验时系统的工作参数,分析了关键设计参数对其工作性能的影响。结果表明:试验系统能够为最大流量6.4 g/s(推力约16.5 N)的发动机提供脉冲和6×10~4s长程稳态试验环境;在长程稳态试验中,冷凝管束霜层将依次饱和,失去对二氧化碳和水蒸汽的抽吸能力,导致真空舱压力逐渐升高;在脉冲点火试验中,真空舱压力将随发动机工作而脉冲波动,15 ms开关脉冲时的压力波动幅度约70%。研究结果为液体姿控发动机高空模拟试验系统的设计与改进提供了参考。     

机械式反操作负载模拟器优化设计与仿真

对设计的负载模拟器采用复数矢量法与虚位移原理建立其机构动力学与多余力矩数学模型.在此基础上针对传统遗传算法优化解不一致的情况,提出了基于参数灵敏度分层的遗传算法优化方法并对设计中各参数进行了优化.根据优化结果设计虚拟样机,并利用ADAMS进行多种加载信号的仿真,结果表明样机各项指标均达到设计要求,依此设计出一套可同时进行环境试验与多种负载加载的反操作负载模拟器.      

多相电机驱动系统的建模与仿真研究

以双Y移30°六相永磁同步电机为研究对象,首先通过坐标变换得到了其用于矢量控制的数学模型,并且分析了以直轴id=0为控制方案的电流控制策略在多相电机驱动系统中的应用,同时给出了矢量控制框图。其次在MATLAB仿真环境下搭建其电机本体、控制等各个模块的仿真模型。最后通过给定基本的电机参数以及理论计算出仿真中用到的参数并对其进行仿真验证。结果表明提出的控制策略是有效的,并且验证了所建立的数学模型和搭建的仿真模型的合理性与正确性,对以后多相电机的驱动研究具有很大的帮助。     

复杂外形网格生成技术及应用

以某型双立尾战斗机为例,给出了实际复杂型号飞行器结构网格生成的一种分块方案及实现过程,用一种矢性三次多项式插值的方法生成相邻块公共交界面的网格,用Hilgenstock方法修正源项,求解椭圆型方程生成块内空间网格,使网格线与边界面夹角、与边界面间距控制为期望的值.在所生成的双立尾战斗机分块结构网格中求解Euler方程,获得了合理的全机气动力系数、翼面压力分布和绕流图谱结果.     

复杂管网系统未知信息调节阀的一种瞬变建模方法

关键调节阀信息缺失是制约复杂管网系统可建模的重要因素。通过对调节阀建模研究的分类和总结，得出了多数调节阀的流量特性曲线均处于等百分比与线性之间的结论；进而针对结构和节流特性均未知的调节阀，提出了一种利用信息已知的基准阀门模型和有限的系统试验数据进行建模的方法。对核心机试验台气路系统中2个未知信息调节阀的建模与仿真表明:在常温0~1 400 s、低温0~1 240 s两种工况下，选用3种不同基准阀门模型仿真结果的差别低于10%，2个调节阀在47组件气路全系统仿真中的流量曲线与试验曲线之间的平均误差在15%以内，系统下游两支路的压强仿真曲线与试验曲线之间的最大误差低于15%，为解决此类问题提供了一种有效的建模方案。      

气动式座舱压力调节系统稳定性的分析与优化

为了解决气动式座舱压力调节系统装配飞机时出现的座舱压力波动现象,分析了座舱压力控制系统的组成,根据余压段实际参与压力调制的组件,对控制系统进行了简化,以此为例分析系统的稳定性。首先对系统中的非线性环节进行了详细分析,得到其描述函数和负导描述函数曲线。比较了小孔-气容结构在常压、小幅充放气条件下的过渡过程,发现在该使用条件下的充放气时间基本相等,据此将小孔-气容结构的传递函数建模为一阶环节,指出了二者的相同及不同之处。使用描述函数的方法对系统的稳定性进行判断,提出了实现稳定的可行性方法。全物理仿真结果表明,使用该方法可使座舱压力调节系统的性能达到规范所要求的指标。      

光纤光源温度动态特性分析及控制

根据半导体热电致冷器(TEC)工作的基本原理,分析了光纤光源模块的温度动态特性,建立了与之对应的数学模型.对光源模块进行了实际实验测试,采用多点频率的工作电流驱动TEC模块,通过光源模块内部的热敏元件采样光源管芯温度的动态数据,用最小二乘法进行数据拟合,得到了与数学模型十分接近的结果,因此可以确定数学模型中的待定参数.采用 MAX1978单片TEC控制器,根据温度动态特性数学模型设计了最优的比例积分微分(PID)补偿网络,实现了光纤光源的温度控制系统,得出了TEC温度控制系统对光源有良好的控制精度和稳定性.      

管内气体流动的多参数动态数学模型的建立

由于从飞机发动机中引出气流的不稳定流动，对飞机空调系统的精确调节有很大影响。根据气体流动的基本定理，一种适用于小管径、多变量输入输出的可压缩气体管内流动的动态数学模型已在本文推导出，并采用频域和时域方法对数学模型进行了分析。研究结果表明：当气体的入哭喊和波频率上升到一定值时，出口压力将急剧上升。流量的变化对出口压力影响最大。入口温度的变化对出口压力和流量有影响，但入口压力和流量的扰动对出口温度没有     

泵控并联变量马达速度系统复合控制策略

针对泵控并联变量马达速度系统中的流量自适应分配特性和相乘非线性环节,提出了分别通过变量泵实现系统压力控制和变量马达实现所驱动轴的转速控制的复合控制架构.针对泵控压力系统和变量马达调速系统分别推导了二阶线性化模型.为实现系统压力动态调节,提出了期望压力规划方法,并设计了滑模控制器.通过在变量马达调速PID(Proportion Integration Differentiation)控制器引入扰动观测器,抑制了非线性扰动和未知负载扰动,提高了波动压力下的稳态精度.结合双轴驱动车辆行走驱动转速系统设计了复合控制器,仿真结果确认了所提出的复合控制策略的有效性.     

随机振动条件火箭贮箱增压系统工作过程仿真

为研究随机振动对贮箱增压系统动态特性和稳定性的影响,引入管路元件壳体坐标实现外激振动的加载,以谐波叠加法模拟飞行环境的随机振动过程,对管路和管路元件分别建立拉格朗日坐标下的一维流动方程和常微分方程组以模拟增压系统动态工作过程,对某贮箱增压系统有/无外界激励振动条件下的工作过程进行了全程计算.计算结果表明:振动环境下减压器、稳压器等运动元件的瞬时流量变化在增压系统中产生压力波动,某些情况下,会导致减压器等出现具有一个主要频率的振荡过程,影响减压器工作稳定性;振动过程中贮箱气枕压力基本不受影响.无振动条件下的计算结果与试验数据基本吻合.提出的模型和方法在贮箱增压系统工作过程仿真中显示了较好的有效性.     

液氙加注过程中贮箱充填率影响因素分析

液氙在加注过程中可能会出现相变进而降低贮箱的充填率，因此需要了解贮箱充填率的影响因素。采用零维集总参数模型对液氙加注系统进行建模和仿真。基于AMESim计算液氮无排气加注过程中贮箱的充填率，其与文献中的实验结果接近。同时，基于AMESim搭建液氙加注系统，计算不同入口过冷度、入口压强、壁面温度和热流量条件下贮箱的充填率。结果表明，在相同加注时间条件下，提升入口过冷度、增加入口压强可以提升贮箱的充填率，而管路和贮箱受热会降低贮箱的充填率。      

基于描述函数法的滚动通道自持振荡研究

针对舵系统间隙非线性带来的自持振荡影响飞控系统控制品质的问题,从飞行控制系统层面出发,建立了基于描述函数法的滚动通道数学模型,分别从飞行控制系统的快速性、阻尼特性、飞行器固有阻尼3个方面进行了对比分析。结果表明,增大飞行器固有阻尼能够有效降低,甚至可以消除舵系统间隙非线性带来的自持振荡现象。