基于回归模型的液体火箭发动机试验数据的验证与重构

由于传感器设计、制造水平和工作环境等原因,传感器工作异常、出现故障或失效现象时有发生,影响了试验的完成和试验数据的使用。在研究液体火箭发动机地面试验各测点参数相关性的基础上,建立了传感器验证网络,利用测点参数间的线性回归模型对传感器数据进行验证和重构。经过实例验证表明,利用线性回归模型建立传感器验证网络,验证与重构发动机试验数据是可行的、有效的。     

柔性涡流阵列传感器孔边裂纹监测技术

针对这一问题,提出了一种带双面补强的柔性涡流阵列传感器并用于孔边裂纹监测。通过COMSOL有限元软件建立传感器和被测试验件的有限元模型,分析提离距离、垫片磁导率变化和裂纹扩展对传感器输出信号的影响;制备带补强和不带补强的传感器,并开展挤压实验和在线疲劳裂纹监测实验;根据实验结果和仿真结果之间的差异进行误差分析。结果显示：随着提离距离和垫片磁导率的增加,传感器输出感应电压逐渐增大;传感器裂纹监测灵敏度随着提离距离的增加而逐渐减小;带补强的传感器可以在螺栓拧紧扭矩为63 N·m的条件下工作,而不带补强的传感器在拧紧力矩为50 N·m时完全失效;通过在线疲劳裂纹监测实验验证了带补强的传感器对裂纹具有定量监测能力,裂纹监测精度与激励线圈之间的间距一致,可达1 mm;实验结果与仿真结果之间的差异主要由提离距离引入。     

强电磁脉冲下柴油发动机系统薄弱环节识别

为识别强电磁脉冲环境下柴油发动机系统的薄弱环节，提出了一种加权故障树和分层贝叶斯网络相结合的柴油发动机系统薄弱环节识别方法。该方法综合考虑同层单元失效的相关性，加权故障树的局部应用解决了部分条件转移概率表不易获取问题。运用贝叶斯网络双向推理功能，首先，通过柴油发动机辐照试验和电磁仿真软件获得的各部件敏感度阈值及电磁应力数据，计算出强电磁脉冲下部件级到系统级的先验失效概率；然后，依据贝叶斯概率公式计算在发动机失效条件下各部件故障的后验概率，并排序以识别其薄弱环节，为电磁防护方案的设计提供参考和建议。以宽带高功率微波(WBHPM)辐照为例，说明了柴油发动机系统分层贝叶斯网络故障模型参数获取与概率计算过程。结果表明:执行器和凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器既为柴油发动机系统的重要部件，也为较薄弱环节，是需要重点防护的对象。      

微阴极电弧推力器放电寿命特性研究

微阴极电弧推力器（micro cathode arc thruster，μCAT)在微纳卫星空间任务中有良好的应用前景，但寿命问题是目前制约其发展的重要因素。研制了自动数据采集系统，进行了不同放电频率下全寿命试验，观察分析了失效后阴极材料及导电薄膜的形貌变化。研究结果表明：推力器工作初期，放电特性为不稳定阶段，该阶段在μCAT的全寿命占比小于10%。薄膜电阻放电前期相对稳定，为百欧量级，在临近失效时迅速升高至千欧量级，峰值电流在临近失效时急剧下降直至失效。放电频率升高会使阴极坑区域热量累积，增强了导电薄膜破碎程度，导致推力器提前失效，寿命降低。电弧烧蚀位置分布不均匀，导致阴极利用率降低，是制约μCAT寿命的重要因素。     

动态系统失效的不确定性分析及其高效算法

为了分析在不确定性元器件失效率影响条件下动态系统的失效问题,提出了满足工作时间要求的系统失效概率和满足失效概率限制的系统正常工作时间的分析方法。同时,为了研究元器件失效率对动态系统失效的影响程度,提出了元器件失效率对系统失效概率以及系统正常工作时间不确定性影响的重要性分析方法,建立了元器件失效率对系统失效概率和系统正常工作时间方差贡献的重要性测度指标。首先给出了指标求解的直接蒙特卡罗方法,然后采用基于分数矩的极大熵方法来高效估计系统失效的概率密度函数,采用乘法降维积分建立了2种重要性测度指标的高效解法。阀门控制系统和民用飞机电液舵机系统的算例结果表明所提方法的合理性和算法的高效性。     

薄膜热电偶热氧化可靠性及结构优化

航空发动机涡轮叶片处于发动机温度最高的部位，将薄膜材料制备于待测物表面形成热电偶传感器，可及时有效的对涡轮叶片进行测温。薄膜热电偶多层膜间的热氧化界面扩散失效是导致薄膜可靠性不高的主要原因之一，基于Fick第二定律提出多层膜扩散可靠性模型，定量描述薄膜热电偶扩散失效机理，通过仿真计算，结合粒子群算法，以薄膜寿命最大为目标，寻优得到各膜层对应的最佳结构，为结构工艺上提高薄膜热电偶寿命的研究提供了一定的借鉴。     

一种航天接口芯片静电防护电路的软击穿现象

接口阻抗测试是航天产品中对产品状态是否正常来进行判断的常用方法。在航天产品应用中，通常认为接口芯片阻抗测试异常即代表该接口芯片已经失效。本文针对一种LVDS接口发送芯片由静电导致阻抗测试异常，但功能正常的现象进行分析。在元器件失效分析的基础上，定位静电损伤的位置为芯片内部静电防护电路，从而建立了对应的电路模型，对芯片静电损伤的现象进行理论分析。分析说明：该芯片在被静电打击时，其静电防护电路中一个NMOS管受损，但该电路保护了芯片的功能电路，被击穿的NMOS管等效为一个电阻，因此导致阻抗测试异常，但芯片功能电路未受损的现象，为静电软击穿现象。且可认为该芯片在受静电影响后并未失效，相关电路仍具有正常工作的能力。即阻抗异常现象并不是芯片失效的充分条件。     

推进剂储罐裂纹缺陷非概率可靠性分析方法

在推进剂储罐服役期内，准确地对裂纹缺陷进行分析，掌握储罐存在裂纹缺陷情况下的可靠状态，既可保证发射场的安全，亦可有效避免不必要的恐慌，为应急预案的制定提供参考。基于区间理论与失效评定图理论，提出一种非概率失效评定图（NFAD）可靠性分析方法。有效解决了工程实际中难以准确获得失效评定点与失效评定曲线情况下，推进剂储罐裂纹缺陷的可靠性分析问题。结合实例参数对所提方法进行验证，结果表明：无需精确失效评定图与失效评定曲线，所提方法可对储罐裂纹缺陷的任意状态进行分析，并可以充分考虑分析中的不确定性，将传统失效评定图方法失效或可靠的二元逻辑状态细化为3种情况，可靠性指标为0表示失效状态，可靠性指标大于0小于1表示可靠度，可靠性指标大于等于1表示安全裕度。     

空中交通CPS级联失效与缓解策略

为有效缓解空中交通级联失效，改进传统负载-容量模型，并发现容量调节参数存在级联失效临界值；建立空中交通物理信息系统（CPS）模型，定义节点正常、拥堵和失效3种工作状态，提出度分配、介数中心性分配和剩余容量分配等节点流量分配策略，以此缓解航路网和管制网的级联失效，建立网络正常率指标来评估策略实施效果。以中国华东地区空中交通CPS为实例分析，结果表明:在节点介数中心性分配策略下，网络抵御级联失效的能力较强，最先从崩溃状态开始恢复；节点剩余容量分配策略下，各节点可以充分发挥接收额外流量的作用，网络级联失效最早恢复至正常状态，缓解效果较好。      

考虑失效阈值随机性的退化-冲击竞争失效建模

针对大多竞争失效可靠性研究未考虑失效阈值随机性的情况，提出一种随机失效阈值影响下的竞争失效系统可靠性评价模型。分析冲击影响下退化过程中退化量及退化率的变化，并在此基础上考虑阈值随机性。讨论累积退化影响下的冲击过程，以系统所能承受的强度分布描述冲击失效阈值，并结合累积退化量的期望水平建立随时间变化的冲击失效阈值，从而明确描述了冲击失效阈值与退化过程之间的依赖关系，给出竞争失效过程的可靠性函数。以微电机系统为例进行对比及敏感性分析，验证了随机失效阈值的引入更能反映系统真实运行状态。     

大温升速率加热器的全补偿复合控制

开发了接触式电加热器,用于对高温材料同时加热和加压的性能实验,重点研究大温升速率加热工况下的温度控制问题.分析了该工况下加热器数学模型的特殊性,据此开发了基于给定值的近似全补偿顺馈-反馈复合控制方法（简称全补偿复合控制）.通过相应的实验验证了数学模型的正确性,进而对这种全补偿复合控制与经典PID方法进行了温控性能对比实验,结果表明全补偿复合控制具有更好的温度曲线跟踪性能和加热平稳性,并且能有效地抑制加热电源的死区效应.由于所推导的数学模型适用于一般加热器,因而这种全补偿复合控制方法对一般加热器的大温升速率工况具有通用性.     

全玻璃真空管型太阳热水器内流场的CFD模拟

全玻璃真空管型太阳热水器是技术相对成熟、应用最广的太阳能利用方式.通过对全玻璃真空管型太阳热水器内流场的计算流体力学模拟,研究了器内的对流换热过程,分析了真空管截面的流体流动速度分布,考察了真空管不同位置处的流体循环速度及箱体内水温对循环速度的影响.结果表明,随着流体温度的升高,器内出现随机的湍动涡流;涡流的存在将造成管内冷热流体的混和,对换热过程不利;在真空管内安置引流挡板将抑制流体的湍动,确保有序的热对流流动,提高对流换热效率.研究结果有助于剖析热水器内对流换热的机理,对技术革新提供参考.      

超声振动切削中的自动调谐技术研究

在超声振动切削中,由于系统的发热及加工负载的变化,机械谐振系统的谐振频率会在较大范围内发生变化.若超声波电源的工作频率不能自动跟踪机械系统的谐振频率,超声振动切削就无法持续稳定地进行.为了解决上述问题,分析了超声振动切削系统的组成,剖析了系统中超声换能器的电阻抗特性,提出了根据换能器中电压和电流的相位差来调整超声波电源工作频率的自动调谐方法,并设计了相应的自动调谐系统.试验结果表明:该自动调谐方法在加工条件变化的情况下能使切削系统始终工作在谐振状态,实现连续稳定的振动切削.      

基于系统可靠度的发动机组方案优化选择方法

某大型系统的动力装置由三台发动机构成,动力装置的设计方案有2种:两台以额定功率运行一台贮备,一台故障后切换贮备发动机的冷储备方案和三台同时降功率工作,一台故障后另两台以额定功率运行的降功率方案.假设每台发动机寿命服从威布尔分布的情况下,对这两种方案分别建立了可靠性模型,并依据额定功率和降功率下的发动机的寿命分布,分别给出在这两种设计方案下的动力装置的可靠度随时间变化的曲线.然后,根据这两种不同方案下可靠度随时间变化的曲线,选择此动力装置的发动机组的最佳优化方案.最后,给出实例说明此方法的可行性.     

The bimodal magnetosphere and ring current, radiation belt, and tail transducers

It has generally been assumed that a geomagnetic storm is entirely driven by external forces—e.g., solar wind E_y = V_x × B_z, V_x, V²_x (where the components of the electric field, E, the magnetic field, B, and velocity, V, are given in GSE coordinates)—which would imply that particle injections in the ring current (RC) or outer radiation belts should be highly correlated. However the data from ISTP are showing that the magnetosphere can have at least two very different responses to the same solar wind (SW) conditions: a classic, enhanced RC with Dst response, or a 1000-fold increase in the outer radiation belt MeV electrons (ORBE). August 29, October 14 and 23, 1996 are examples of Dst storms, whereas April 15, 1996 and January 10, 1997 are examples of MeV storms. It is this second response that is so deadly to some geosynchronous spacecraft, whereas geomagnetic storms are categorized by the first response. Neither of these appear to be correlated to the SW conditions driving substorms. Why should the SW energy appear in the radiation belts or the ring current independently? We hypothesize that the RC couples to the electric power available (E_y), the ORBE couple to the mechanical power available (V_x), and the Tail couples to the magnetic energy (B_z) available in the SW. The transducer for RC may be subauroral parallel potentials, the transducer for ORBE may be the cusp, while the Tail substorm transducer is yet a third independent mechanism for extracting SW energy. Evidence for this theory comes from the novel POLAR satellite that traverses the cusp, the plasmasheet and the radiation belts.     

Factors influencing the heating of the auroral electrojet by high power radio waves

Results are presented from recent ionospheric modification experiments in which the EISCAT UHF radar measured the E-region temperature and density response to high power RF heating above Tromsø. A variety of electrojet conditions were encountered during these experiments. In particular, the electron drift velocity varied considerably allowing the heating efficiency of the RF heater to be investigated as a function of electron flow velocity. These observations constitute the first direct investigation of electrojet temperature modifications by high power radio waves and provide a test of a recent theoretical model in which the combined effects of RF heating and of natural plasma turbulence associated with the Farley-Buneman instability have been considered.     

航空发动机变几何涡轮增压性能研究

提出了一种变几何涡轮增压器用于发动机高空恢复功率的方法,并对其调节规律和相关特性进行研究。依据涡轮流动模型,分析了相同工况下不同喷嘴环开度对涡轮增压器工作的影响。在GT-POWER中建立了变几何涡轮增压发动机模型,通过全高度下不同工况的仿真分析,验证了变几何涡轮增压发动机恢复海平面功率的应用。结果表明,匹配了变几何涡轮增压器的发动机能够显著提高发动机高空可调范围,其使用升限从5 km提升到了6 km,对变几何涡轮增压器应用于恢复功率与喷嘴环开度的调节规律具有指导意义。     

强信号下GNSS接收机前端处理引起的相关损耗

在全球导航卫星系统（GNSS）信号质量监测及GNSS射频（RF）信号模拟器测试等应用中,有用信号功率往往远高于噪声功率。针对二进制相位移位键控（BPSK）和二进制偏移载波（BOC）调制信号,首次研究了这种强信号条件下接收机带限滤波、采样和量化（BSQ）引起的相关损耗。首先分析了不考虑量化作用时由滤波和采样引起的损耗;然后分析了不考虑前端滤波时由量化和采样引起的损耗,推导了相关损耗的解析表达式并得到了量化器的最佳量化间隔;最后,对于滤波、采样、量化共同作用引起的损耗,采用蒙特卡罗方法仿真分析了GPS L1 C/A信号在不同滤波带宽和量化比特数下的归一化相关功率,探讨了根据仿真结果拟合相关损耗解析表达式的方法以简化分析。      

空间核动力在深空探测中的应用及发展综述

在概要介绍空间核动力发展历程的基础上,总结了同位素热/电源、核反应堆电源、核推进在深空探测领域的应用情况和相关发展情况,并讨论了空间核动力的安全问题。对未来空间核动力在深空探测中应用面临的技术问题进行了展望。     

Conditions for the onset of temperature oscillations in a simulated floating-zone configuration

The floating-zone method for crystal growth is studied in simulated low-gravity conditions by suspending a drop of fluid vertically between two circular rods and heating the upper rod with a heater. Flow and temperature oscillations are observed under certain conditions. The temperature oscillation level and the oscillation frequency are measured against the Marangoni number for several aspect ratios using hexadecane and Fluorinert as the test fluids. It is observed that, contrary to what has been believed, the Marangoni number is not the proper parameter to describe the onset of oscillation.