平流层飞艇的结构健康监测系统初探

文章从介绍平流层飞艇的结构健康监测定义入手，说明了该系统研究的作用和意义以及工作原理。在分析平流层飞艇运行环境和结构可能的损伤模式的基础上，从工程应用角度出发，对结构健康监测系统方案展开了研究，探讨了平流层飞艇结构健康监测系统中的一些关键因素，为今后结构健康监测系统设计提供参考。     

平流层验证飞艇结构体系比较研究

为研究平流层飞艇的受力、变形及合理的结构体系布局,根据平流层飞艇结构特点,提出了十种结构体系布局方案。基于浮力与重力作用下平衡形态的原理,建立平流层飞艇结构分析方法和各体系分析模型。以一个25m验证飞艇作为对象进行了系统的数值分析,与工程弹性理论进行比较,论证了各体系的结构特点,最后提出合理的结构体系。本文对平流层飞艇结构设计具有参考价值。
     

平流层飞艇外形气动特性分析

结合某平流层飞艇的外形设计,文章采用数值模拟的方法研究了平流层飞艇外形的气动特性。基于雷诺平均N-S方程,采用非结构网格的有限体积方法进行了求解;空间离散分别采用了Jameson的中心格式和Osher逆风格式,时间离散则采用五步Runge-Kutta格式;紊流模型分别采用了S-A一方程模型M-SST两方程模型。本研究有助于了解平流层飞艇的气动特性及气动外形设计过程中存在的问题,为平流层飞艇设计提供参考依据。     

非保形平流层飞艇升空过程热力耦合建模与压差控制分析

针对非保形平流层飞艇升空过程中气囊膨胀导致压强变化的问题，将飞艇升空阶段分为自由膨胀上升阶段和成形上升阶段，建立非保形平流层飞艇升空热力耦合模型，该模型很好地反映了飞艇内部的气体体积变化和压强变化，为研究平流层飞艇压差控制提供模型基础；考虑飞艇内部状态不能实时获取，提出基于模糊观测器的平流层飞艇压差控制方法，为保证在线学习能力，采用在线顺序模糊极限学习机(OS-Fuzzy-ELM)去训练模糊系统参数。对非保形平流层飞艇升空过程进行运动仿真分析，阐述了控制飞艇压差的必要性；对不同目标压强差下的压差控制进行仿真分析。结果表明，所设计的压差控制器具有良好的输入跟踪能力，对飞艇压差控制器的设计具有重要参考价值。     

半硬式与软式平流层飞艇结构静力性能比较

平流层飞艇是一种轻于空气的飞行器,可以在海拔20km的高度驻空工作几个月甚至几年,用于对地观测和通讯具有重大的政治和军事意义。平流层飞艇按照结构形式可分为软式和半硬式两种。分别选取了一种半硬式和软式平流层飞艇的结构体系布局方案。基于浮力与重力作用下平衡形态的原理,应用ANSYS有限元软件,建立了具有相同结构尺寸和结构质量的半硬式和软式平流层飞艇的结构模型,在相同的载荷和约束条件下比较了两艘艇结构的力学性能。通过计算分析,在受到外载荷的作用时,相比较于只由蒙皮构成的软式艇结构,内部具有刚性龙骨的半硬式结构设计,可以更好的协调整艇的结构变形,改善蒙皮的应力分布和保持蒙皮双向受拉的工作状态,有效地避免蒙皮出现单向受拉或褶皱等失效状态。所以,半硬式艇结构比软式艇结构更适合作为平流层飞艇的结构形式。文章研究结果可为平流层飞艇结构方案的选择提供参考。     

太阳电池对平流层飞艇热特性的影响分析

研究太阳电池对平流层飞艇驻空阶段热特性的影响。建立了太阳电池热模型、平流层飞艇热分析模型，包括热平衡方程、太阳直射辐射、天空散射辐射、地面反射辐射、大气长波辐射、地球长波辐射、蒙皮长波辐射、对流换热等；采用多节点模型，对平流层飞艇在驻空期间太阳电池、蒙皮与艇内氦气温度变化过程进行了数值模拟，得到了温度昼夜变化规律；分析了太阳电池（含隔热结构）的等效面积热阻、转换效率、铺装面积对平流层飞艇热特性的影响，得到了其温度昼夜变化规律。本文为平流层飞艇热性能分析和热控系统设计提供依据。     

平流层飞艇流固耦合分析方法研究

平流层飞艇为了在平流层环境下获得足够的浮力,要求其体积庞大,由于跨度较大的充气柔性气囊结构容易发生变形,使得流固耦合特性非常显著。针对该类飞行器的流固耦合方法的研究是对其流固耦合特性分析的首要条件。本文基于流体动力学计算软件FLUENT和结构动力学分析软件ABAQUS,形成了分析平流层飞艇这类大型柔性充气结构流固耦合特性的非线性动态流体－结构交错积分耦合法。通过充气的圆球薄膜的解析解和NACA65A006机翼颤振特性的实验结果与计算结果的比较对该方法的有效性进行了分析。这为平流层飞艇流固耦合问题的研究提供了一种有效的分析工具,并对某平流层飞艇的突风干扰响应特性进行了分析,得出其流固耦合特性的变化规律。     

复杂热环境下平流层飞艇高空驻留热动力学特性

热问题是平流层飞艇高空驻留期间面临的重点问题之一。分析了太阳辐射、地球反照和红外辐射等热环境因素的时变特征,提出了多节点平流层飞艇热动力学分析模型。该模型可较好地实现平流层飞艇昼夜热动力学特性仿真研究。计算结果表明,季节、纬度和大气对流等因素对平流层飞艇的热动力学特性有着重要影响。     

平流层飞艇控制与推进技术

飞艇作为平流层平台可以实现无线通信、空间观测、大气测量以及军事侦察等目的。本文主要结合平流层的环境特点对平流层飞艇动力推进系统的组成和概念进行初步分析,并对飞艇在升空、浮空、回收过程中的飞行控制策略进行探讨,同时简要分析了控制系统的组成、控制难点和飞艇应急控制问题。     

平流层飞艇外形气动特性分析

结合某平流层飞艇的外形设计，文章采用数值模拟的方法研究了平流层飞艇外形的气动特性。基于雷诺平均N—S方程，采用非结构网格的有限体积方法进行了求解；空间离散分别采用了Jameson的中心格式和Osher逆风格式，时间离散则采用五步Runge—Kutta格式；紊流模型分别采用了S—A一方程模型M—SST两方程模型。本研究有助于了解平流层飞艇的气动特性及气动外形设计过程中存在的问题，为平流层飞艇设计提供参考依据。     

可重复使用运载器结构健康监测技术研究进展

系统梳理了国内外针对可重复使用航天运载器开展的结构健康监测技术研究工作情况，并针对其中的关键技术问题，包括热防护系统连接松动检测、低温贮箱健康监测、结构冲击监测、在轨试验验证进行了详细讨论，总结了国内外的研究现状、技术能力以及发展趋势，指出了结构健康监测系统实际部署中的技术需求，为今后可重复使用运载器结构健康监测系统的实际应用提供借鉴。     

平流层飞艇的能源技术和平衡分析

平流层飞艇作为近空间对地观测平台的一种实现方案，主要依靠自身庞大体积产生的静浮力而不像其它飞行器依靠相对空气运动产生升力，所以飞艇能够以较慢的速度飞行甚至能够在空中长期保持定点悬停即相对地面静止。具有长时间在平流层自主飞行的能力，是平流层飞艇设计的一个重要目标。文章对平流层飞艇能源系统的构成、部件及能源平衡分析方法作了介绍。     

平流层飞艇的能源技术和平衡分析

平流层飞艇作为近空间对地观测平台的一种实现方案,主要依靠自身庞大体积产生的静浮力而不像其它飞行器依靠相对空气运动产生升力,所以飞艇能够以较慢的速度飞行甚至能够在空中长期保持定点悬停即相对地面静止。具有长时间在平流层自主飞行的能力,是平流层飞艇设计的一个重要目标。文章对平流层飞艇能源系统的构成、部件及能源平衡分析方法作了介绍。     

平流层的信息对抗探讨

进入21世纪以来,由于新型的巡航导弹、隐身飞机、性能更好的预警机、TBM这些高科技武器的出现,远程精确打击会是武器系统发展的一大趋势,如何及早地发现它们将是防御方的一个难题。飞艇作为一个临近空间的机动平台也就应运而生。这是一个跨世纪的新兴学科,可能支撑许多新的空间武器。简要介绍了其作用、作战对象、主要研究内容,需要攻克的一些关键技术。     

固体发动机界面结构试件脱粘健康监测研究

以复合材料壳体和绝热层脱粘模型试件为对象,利用粘贴于壳体外表面的压电主动激励传感器,基于高频机电阻抗方法,对模拟药柱/绝热层界面脱粘的结构健康状态监测进行了数值仿真和实验研究,得出了不同脱粘损伤工况下的导纳频谱曲线,计算了能表征脱粘程度的平均绝对偏差损伤指标。结果表明,高频机电阻抗方法可利用粘贴于壳体外表面的压电传感器有效地识别内部结构的界面脱粘,相比于传统检测方法,能实现实时的结构健康监测,损伤指标能量化表征脱粘程度,实验采用的两种压电传感器中,MFC传感器较PZT传感器更适合于曲面固体发动机壳体脱粘检测,为开展实际工况下的固体发动机药柱结构界面脱粘损伤监检测工作提供理论与技术支撑。     

[Interior] Configuration options,habitability and architectural aspects of the transfer habitat module (THM) and the surface habitat on Mars (SHM)/ESA's AURORA human mission to Mars (HMM) study

This paper discusses the findings for [Interior] configuration options, habitability and architectural aspects of a first human spacecraft to Mars.In 2003 the space architecture office LIQUIFER was invited by the European Space Agency's (ESA) AURORA Program committee to consult the scientists and engineers from the European Space and Technology Center (ESTEC) and other European industrial communities with developing the first human mission to Mars, which will take place in 2030, regarding the architectural issues of crewed habitats.The task was to develop an interior configuration for a transfer vehicle (TV) to Mars, especially a transfer habitation module (THM) and a surface habitat module (SHM) on Mars. The total travel time Earth—Mars and back for a crew of six amounts to approximately 900 days. After a 200-day-flight three crewmembers will land on Mars in the Mars excursion vehicle (MEV) and will live and work in the SHM for 30 days. For 500 days before the 200-day journey back the spacecraft continues to circle the Martian orbit for further exploration. The entire mission program is based on our present knowledge of technology. The project was compiled during a constant feedback-design process and trans-disciplinary collaboration sessions in the ESA-ESTEC concurrent design facility.Long-term human space flight sets new spatial conditions and requirements to the design concept. The guidelines were developed from relevant numbers and facts of recognized standards, interviews with astronauts/cosmonauts and from analyses about habitability, sociology, psychology and configuration concepts of earlier space stations in combination with the topics of the individual's perception and relation of space.Result of this study is the development of a prototype concept for the THM and SHM with detailed information and complete plans of the interior configuration, including mass calculations. In addition the study contains a detailed explanation of the development of the Design process including all suggested design and configuration options.     

低空环境中浮空器的热数值模拟与实验研究

浮空器在通信等领域有着广阔的应用前景。温度控制是浮空器应用中涉及的关键技术之一,因此有必要对浮空器进行热分析和实验研究。本文针对低空环境与平流层的不同,考虑太阳直接辐射、天空散射辐射、地表反射的太阳辐射、大气辐射、地表辐射以及外部对流换热等因素,建立了浮空器在地面的热分析理论模型,利用CFD软件对浮空器进行了热数值模拟,并初步进行了实验研究。通过数值模拟结果与实验数据的对比,证明了理论模型具有一定的合理性。本文也为研究浮空器升空过程提供了数学物理模型。
     

螺栓连接松动的导波监测技术综述

螺栓连接件使结构易于安装或拆卸,同时还可以承受较大的载荷,广泛应用于航空航天结构中。然而,螺栓在复杂服役环境中很容易发生松动,因此准确监测螺栓预紧力对于确保结构的可靠性和安全性具有重要意义。经过多年的发展,基于超声导波的结构健康监测方法逐渐成为螺栓连接松动监测的重要技术手段之一。对典型的螺栓预紧力导波监测方法进行了综述,包括导波能量耗散法、时间反转法、接触声学非线性法和混沌超声法等方法,介绍了这些方法的基本原理和发展现状。同时,通过实验将目前应用较多的导波能量耗散法、时间反转法进行了对比,结果表明时间反转法的监测灵敏度更高。     

基于TMS320F2812的CAN总线接口通用电模拟器研制

基于TMS320F2812及其内置CAN总线控制器,开发了一套适合多种CAN总线接口配置要求 的通用电模拟器硬件系统,用于某型卫星地面电联试系统中敏感器电模拟器的研制,取得了 良好效果。该电模拟器硬件系统具有CAN总线接口配置灵活、数据处理能力强、应用程序开 发方便、通用性强等特点,可用于卫星地面电联试系统中的多种电模拟器开发研制。