我国环境模拟技术现状与发展

环境模拟技术是一门新的边缘技术,主要研究各种自然环境及诱发环境的人工再现技术和在模拟环境下的试验技术。本文综述了国内环境模拟技术现状、发展方向及应用领域。     

机载设备适航符合性验证电磁环境的构建方法研究

构建机载设备适航符合性验证所需的电磁环境是开展机载设备适航性工作的重要基础条件。分析了适航规章所推荐技术标准DO160E的电磁环境要求,给出了电磁环境模拟的四种基本方法及其构建对象和构建要素,重点研究了数字仿真环境的构建方法,为构建机载设备适航符合性验证电磁环境、开展机载设备适航符合性验证技术研究奠定了基础。     

航天员低重力运动模拟训练方法与研究综述

针对主要应用于航天员模拟失重训练与低重力环境下的人体科学研究的低重力环境模拟方法,介绍了包括抛物线飞行、中性浮力水池、虚拟现实技术、悬吊式重力补偿系统以及新近出现的被动式外骨骼系统等在内的国内外模拟低重力环境主流方法的工作原理与利用这些方法开展的科学研究与工程应用,对这些方法的优缺点与适用条件进行了比较与分析。发现抛物线飞行的低重力模拟效果较好,但持续时间有限;中性浮力水池为低重力模拟训练提供了充足的空间,但液体阻力会影响训练的效果;虚拟现实技术无法提供对低重力的体感;气浮台与悬吊式重力补偿系统虽然能对航天员受到的重力进行补偿,但其结构对航天员的运动构成了一定的限制。提出研发低重力模拟功能完善、低重力模拟范围可调、多运动自由度、人机工效良好以及支持多人与人机协同训练的新一代低重力模拟系统,作为开展航天员低重力环境模拟训练和低重力人体运动生物力学实验研究的平台,以满足未来载人航天任务的需求。     

基于三维激光扫描的涡轮叶片高温模态测试技术

提出了基于三维激光扫描技术的发动机涡轮叶片高温模态测试技术,实现了在最高900 ℃的高温环境下的涡轮叶片模态测试。设计了一套高温环境模拟装置,实现了不同温度环境的模拟,基于振动台基础激励技术和三维激光扫描技术,建立了不同温度环境下的涡轮叶片三维测试模型,获取了准确的模态振型、模态频率等参数,验证了方法的可行性。分析结果显示:温度升高会导致涡轮叶片固有频率下降,900 ℃较常温环境1阶频率下降约6%,叶尖振型因热应力产生轻微畸变。      

基于扩张状态观测器的高空台进气环境模拟控制技术研究

针对航空发动机高空台推力瞬变等过渡态试验对进气环境模拟控制系统所提出的强抗扰性、强鲁棒性的迫切需求,设计了一种基于扩张状态观测器（ESO）的高空台进气环境模拟主动抗扰控制技术方法。首先分析了现有高空台过渡态环境模拟的技术特点和高品质控制指标难于实现的原因;其次设计线性自抗扰控制器（LADRC）和一体化并行控制器（IPC）;最后通过仿真对高空台进气环境模拟主动抗扰控制方法进行了验证。结果表明,应用基于扩张状态观测器的主动抗扰控制技术能够大幅提高发动机过渡态试验中进气环境模拟的动态响应速度、控制精度和抗扰动能力。     

充气式月球基地防护结构技术综述

综述了充气式月球基地防护结构技术,包括总体设计要求和关键设计要点、柔性热防护结构的服役环境、功能需求、设计方法、材料选用等。并从结构冲击定位和强度分析、破坏响应分析、系统组成分析和自修复材料等方面,指出了对结构进行健康监测的必要性。介绍了现有的地面测试技术,包括热防护材料性能测试、展开动力学性能测试和太空环境模拟技术等,最后对防护结构技术的发展方向进行了展望。     

飞机复合材料结构验证技术进展

本文对当前国外飞机复合材料结构验证的湿热环境模拟、设计发展验证及全尺寸结构验证等方面的发展进行了综合分析，并探讨了我国飞机复合材料结构验证技术的发展前景。     

国外气候环境试验设备

飞机及其机载设备如何通过环境模拟试验,评价性能及预测的可靠性,以决定是否定型生产和投入使用,这是研制、设计和使用部门十分关心的问题。为此,本文概要地介绍了美、德、日、英、法和苏联航空环境试验设备的技术水平与发展情况。     

光环境模拟中的云雾闪电模拟系统设计

在正常天气环境下,民机驾驶员在驾驶舱内进行视觉作业(如观察判读仪表、显示器等)处在一个较为舒适的光环境中,但在恶劣天气环境下,驾驶舱内突然出现的强眩光源会造成飞行员视觉、生理以及空间方向感的损害,使飞行员的反应时间受到限制,直接威胁到飞行安全。 在光环境模拟中的云雾闪电模拟系统设计,针对云层、闪电这两种自然现象的不同模拟指标,采用云雾模拟系统和闪电模拟系统分别在地面进行云雾闪电模拟,实现了在地面模拟恶劣天气环境,如雷暴雨、穿云层等,能为驾驶舱的光学集成设计、视觉工效设计、验证试验、人因工程研究等提供多功能、可复现的光学验证条件。     

环境小偏差条件下涡轴发动机轴功率及其不确定度计算方法

对涡轴发动机高空模拟试验性能处理方法作了研究,利用小偏差和传统的相似换算理论研究了涡轴发动机轴功率计算方法,推导出了环境模拟小偏差条件下的轴功率计算公式。试验结果表明:在小偏差条件下,该计算方法得到的误差比相似换算的误差低0.2%~0.6%。给出了小偏差条件下的换算轴功率公式和不确定度计算公式。该轴功率计算方法和不确定度计算方法可以为相关工程技术人员提供技术参考。      

基于闭式空气循环制冷系统的高空舱热力特性研究

<正>随着航空航天技术的发展,飞机机舱内的设备及人员对工作环境的要求也越来越高,因此对于高空环境下飞机机舱内舒适性的研究具有重要意义。针对大型飞机舒适性研究提出的高空环境模拟舱是一种能够模拟飞机飞行高度所对应的温度、压力等多个参数综合作用环境的系统,其能为飞机模拟舱段提供需要的外部环境。该试验系统能够对大型飞机舒适性研究提供不可或缺的试验数据,为保障飞机高空安全、舒适的飞行提供参考~([1-2])。     

火星车行驶环境研究综述

参考国内外火星环境的研究结果,总结了火星地形地貌基于陨石撞击以及火山喷发的特征以及形成原因;对火星车行驶性能影响较大的土壤、岩石等通过对比的方法进行力学特征及物理特性的分析;提出了模拟火星土壤、石块以及坡度等的重要参数以及模拟火星车行驶环境的可行性设计方案,可为我国火星车系统设计、火星探测器性能试验、火星环境模拟等提供技术依据与参考。     

载人航天器不同系统用密封材料研究

介绍了载人航天器用橡胶密封材料的使用环境,指出了这些环境特点对材料相应耐受性能的要求。针对耐低温、耐真空、耐辐照及材料长寿命的技术要求进行了密封材料空间环境适应性的研究,采用地面环境模拟和加速老化试验对材料性能进行了评估,试验证明,通过纳米改性可以改善材料的低温性能、S42和FTBNR-1Y有较长的常温贮存寿命、且S42有较好的环境适应性。这些密封材料已成功地应用于我国载人航天相关系统中,同时,开展了复合结构密封材料耐介质的相关研究,研究表明,通过包覆技术可以改善材料的耐介质性能。     

平流层电动机控制器热特性仿真分析和实验

为得到某电动机控制器在平流层低温低气压环境下工作时的热特性,开展了基于软件Icepak的热仿真分析,并通过地面环境模拟实验和平流层飞行实验对仿真模型进行了验证,仿真结果与实验结果基本吻合。结果表明:控制器的热设计可以满足保温和散热要求;在平流层低气压条件下,内部风扇可有效地保持控制器内部温度的均衡;平流层高度的太阳辐射对控制器内部温度分布有较大影响,在进行热设计时应予以考虑。研究结果为平流层电动机控制器的工程应用提供重要的参考依据。      

基于LMI极点配置的高空台飞行环境模拟系统PI增益调度控制研究

针对高空台飞行环境模拟系统的温度和压力在整个工作包线内的鲁棒性能控制问题，提出了一种基于LMI极点配置的PI增益调度控制设计方法。在考虑变比热容腔微分方程、管道热传导、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益对飞行环境模拟系统造成的建模不确定性的基础上，建立了完整、准确的飞行环境模拟系统非线性模型；对非线性模型进行了线性化，并根据线性模型推导了基于LMI极点配置的PI控制器设计算法；在飞行环境模拟系统的工作包线内选取了36个稳态点设计了基于LMI极点配置的PI增益调度控制器；设计了两种飞行环境模拟试验来验证设计的PI增益调度控制器的鲁棒性能。仿真结果表明，飞行环境模拟系统温度的稳态误差和动态误差均小于0.1%，压力的稳态误差小于0.5%，动态误差小于0.7%。     

机载电子产品可靠性定量加速增长试验技术

传统的可靠性试验在环境与时间上存在不足,已很难满足现代飞机可靠性试验工作的要求.基于故障物理学,通过研究航空电子类机载设备在综合环境应力条件下的故障原因及其分布规律,结合传统可靠性加速试验和增长试验的特点,提出一种可靠性试验的新方法,详细介绍具体的试验方法、试验流程、试验应力、故障处理要求和评估方法等关键技术,并将其应用在受试产品的典型案例中.结果表明:当产品试验时间达到952.4 h时,故障数为0,可以认为该产品以70％的置信度确定产品的平均故障间隔时间已达到25 000 h;本文提出的可靠性试验方法能够有效解决基于环境模拟的传统可靠性试验方法和评估技术不能在短的研制周期内评估高可靠性指标要求的机载设备的工程难题,可以实现加速因子的多样、可控,有效地缩短试验时间,节约试验经费.     

复杂流道液体真空排放中的气液两相流态模拟实验

针对月球表面部分重力、高真空环境液体排放需求,按照Bond数相似准则,采用内径3.5 mm、长350 mm的透明有机玻璃管弯制成具有3个弯头(弯曲半径约13.5~17.5 mm)、一端开口的复杂流道,在地面环境模拟了月面环境复杂管路系统中液体排放过程特征。实验表明,真空环境复杂管道内液体排放过程可以划分为初始状态段、快速减压段、液体排放段、残液排放段和闪蒸终止段5个阶段,各阶段特征可用于更为精细的模型构建,以及相关应用技术验证与性能预测。     

单面受热环境对有机玻璃疲劳寿命影响研究

介绍了单面受热环境模拟的方法及试验方法，并以试验为基础，对某型有机玻璃在单面受热环境下的强度性能进行了研究，并提供了某型有机玻璃在常温与单面受热环境下的S～N曲线。     

模拟空间环境下射流雾化特性实验

为了深入研究空间环境下液体工质的喷射雾化特性,搭建了空间环境模拟实验系统,综合研究了真空环境下饱和蒸汽压、喷嘴直径、雷诺数和溶气等对液体射流雾化特性的影响。试验结果表明:闪蒸是真空环境下射流雾化的主要因素,射流雾化过程中闪蒸强度主要由工质饱和蒸汽压决定;喷嘴直径主要通过三方面的影响对射流雾化起作用:流动状态、湍流强度和气泡生长周期;雷诺数对真空雾化的影响主要涵盖以下三点:出口速度、流动状态和闪蒸过程;溶气对射流雾化有明显的影响作用,影响途径是通过气泡的不稳定生长和微爆作用。     

复合材料机匣热态强度试验方法研究

针对航空发动机复合材料机匣热态强度考核试验要求,采用热环境模拟技术、内外载荷模拟技术、多点协调控制技术及数据采集技术,提出一种内外载荷和温度载荷共同作用的机匣热力联合同步加载试验方法;设计了机匣热态强度试验装置,并基于该试验装置完成了复合材料外涵机匣热态强度试验。试验结果表明,所设计的试验装置能有效模拟外涵机匣的工作环境,解决了在同一工作表面进行热压同步加载的干涉问题,具有加载精度高和工程适用性强的特点。