高超声速热流计算湍流模型性能评估

采用计算流体力学方法,通过对高超声速来流下双椭球热流计算,综合分析了影响壁面热流预测精度的因素.针对工程上4种常用的湍流模型:BL(Baldwin-Lomax)模型、SA(Spalart-Allmaras)模型、k-ω模型及SST(Shear-Stress Transport)模型,评估了其在高超声速热流预测中的性能,获得了湍流模型下壁面法向网格雷诺数对热流计算的影响规律.此外,对高马赫数下不同后掠角钝舵模型进行热流计算,获得了后掠角对钝舵前缘热流峰值的影响规律.研究表明,两方程湍流模型相比一方程和零方程模型更适合高超声速气动热计算,其中SST模型对热流预测精度更高,总体性能更为优异;钝舵驻点线最大热流随后掠角增大呈非单调变化,在后掠角约为22°时热流达到峰值.      

求解等温相变问题的解耦法

基于焓法模型导出了一种求解等温相变问题的简单计算模型.计算模型将温度场与液相分数场进行解耦,即可分别求解出相变控制体和非相变控制体的温度;以长方体容器为例,用计算模型进行计算并将计算结果与实验数据及焓法计算结果进行对比验证,结果吻合的很好;利用计算模型,对长方体容器和圆柱体容器内相变材料熔化时间进行数值计算比较.结果表明,在容器体积和特征尺寸相同的条件下,长方体容器内相变材料的熔化时间几乎只有圆柱体容器的一半.      

基于代理模型的高超声速飞行器协同优化设计

建立了类X-51A高超声速飞行器的多学科模型,包括外形、气动、推进、质量、热流、弹道等学科.采用多学科设计优化(MDO, Multidisciplinary Design Optimization)方法中的协同优化(CO, Collaborative Optimization)进行了计算,计算流程中构建了两个子系统优化器与弹道学科的代理模型,使用代理模型替代了计算耗时的真实模型.同时为了对比,采用了多学科可行法(MDF, Multidisciplinary Feasible Method)进行了优化计算.结果表明,二者的优化结果基本一致,优化之后的飞行器质量比初始构型飞行器降低了15.2%,航程提升了63.5%,并且使用代理模型后计算效率也得到了很大的提升.验证了基于代理模型的协同优化方法应用于高超声速飞行器设计中的有效性.     

“火卫1”轨道预报与动力学分析

使用数值积分的方法对"火卫1"(Phobos)轨道进行预报计算,介绍了计算"火卫1"轨道时考虑的动力模型与数值积分方法,分析了不同动力模型及参量对轨道计算结果的影响,并确定最终选择的模型。最后将计算结果与不同机构发布的最新历表进行比较,计算位置和轨道根数的差异。得到的结果与各星历之间差异的量级相同,进而验证了相关模型和算法的精度和可靠性。该轨道预报算法模型与分析结果将对"火卫1"探测任务提供参考。     

基于稳态和非稳态时变可用度模型的适用性

针对METRIC模型中以备件期望短缺数计算的稳态可用度模型能否直接转换适用于非稳态时变可用度模型,扩展METRIC理论,分别建立了仅以备件期望短缺数计算的时变可用度模型和以备件期望短缺数及方差计算的时变可用度模型。在保障系统达到稳态(修复概率为1)和处于非稳态(修复概率小于1)情况下,分别采用2种时变可用度模型计算表决结构单元和串联结构单元的可用度,并与Monte Carlo仿真模型计算得到的结果进行对比分析。结果表明:以备件期望短缺数计算的时变可用度模型仅在串联结构单元且保障系统达到稳态时与仿真可用度值一致,适合于装备全寿命周期内备件配置优化的计算;以备件期望短缺数及方差计算的时变可用度模型无论保障系统处于稳态或非稳态,适应性均较强,适合于任务期作战单元备件配置优化计算。     

基于433 Eros的多面体引力模型精度与运行时间研究

基于Planetary Data System(PDS)公布的433 Eros多面体模型,使用多面体模型法计算了433 Eros的表面引力加速度分布情况,并研究了该方法在不同精度的多面体模型下的计算时间和误差。实验结果表明:1)多面体模型法的时间复杂度为O(n);2)在以433 Eros为目标天体的着陆导航与制导控制相关仿真计算中,使用面数为22 540的多面体模型进行引力加速度计算,可以同时满足计算速度和精度的要求,并且由于计算速度接近实时,可用于半物理仿真实验中。     

超声速横向气流中燃料雾化的数值模拟

对超声速横向气流中燃料雾化过程采用欧拉-拉格朗日方法进行了数值模拟,气相场用欧拉法计算,液相场采用拉格朗日粒子跟踪方法计算,通过方程源项考虑液相对气相的影响.在液相的拉格朗日计算中采用改进的混合雾化模型来研究雾化过程.针对超声速横向气流中雾化的特点,结合雾化机理和实验测量结果,对原有的混合雾化模型进行了改进,并将改进后的计算结果与TAB(Taylor Analogy Breakup)模型和Reitz波模型的计算结果进行了对比.结果表明:改进的混合雾化模型的计算结果与实验测量值符合较好,更适合用于超声速横向气流中燃料雾化的数值模拟.     

双小行星系统引力场建模方法研究

针对弱引力双小行星系统的引力场建模问题,本文采用复杂度和精度依次递增的球体–球体模型、椭球体–球体模型和改进的限制性椭球体–椭球体模型来进行引力场建模,并分别采用椭圆积分以及无积分环节、计算效率高的二阶二次球谐函数来表征引力势,从而比较精确地刻画双小行星系统和探测器构成的限制性全三体问题的动力学模型;针对双小行星系统1999KW4,对其不同的引力场模型进行了仿真研究,分别给出了不同模型下的等效势能函数曲面及零速度曲线,比较了不同模型下的平动点位置坐标偏差。结果表明,二阶二次球谐函数计算引力势的椭球体-椭球体模型计算精度高,复杂程度低,计算量更少,计算速度更快,能够较精确的对双小行星系统进行引力场建模。     

涡扇发动机地面起动过程性能模拟

用积分方法建立了混合排气加力涡扇发动机起动过程模拟模型并用该模型进行了仿真计算,模型基于气动热力学方程、各部件特性以及经验关系式,根据给出的发动机起动过程初始条件、燃烧室供油规律等进行计算.为说明所建立的起动性能模型的模拟效果,将程序计算结果与试验结果进行了比较,结果表明该起动仿真模型能较准确地模拟混排加力涡扇发动机的地面起动过程.还分析了计算过程中对起动过程有比较大影响的因素,包括计算时间步长,起动机脱开转速,燃烧室总压恢复系数的经验系数,大气温度、压力以及海拔高度等.了解这些因素对起动过程及模拟结果的影响,便于通过修正的途径将该计算方法用于发动机地面起动性能的准确模拟.      

Carrier-Doppler-based real-time two way satellite frequency transfer and its application in BeiDou system

Two-way satellite time and frequency transfer (TWSTFT) method is valuable for precise time and frequency transfer. The frequency could be directly transferred by utilizing two-way carrier Doppler measurement. This method requires each station observing both its own and associated station’s transponder signals transferred by satellite. In BeiDou system (BDS), the reference station and the field station construct a two-way link via a GEO satellite, and the field station sends pseudorange and carrier phase information to the reference station by transmission signal, in order to achieve real time TWSTFT. This paper analyzes the theory of carrier Doppler based TWSTFT (called CD-TWSTFT), and validates it by using on line data of BDS. The results demonstrated that the performance of CD TWSTFT is much better than code based TWSTFT in short-term frequency transfer and almost same at long-term frequency transfer.     

IGS电离层产品在双向时间频率传递中的应用

利用IGS组织提供的全球电离层资料对卫星双向时间频率传递中的电离层误差进行修正。IGS提供特定时刻、固定经纬度网格点上的电离层总电子含量。对该电离层资料首先进行空间四点网格内插,然后利用双线性内插得到电离层穿刺点所需时刻的总电子含量,最后将得到电离层数据经过处理用于双向时间频率传递修正。结果表明：电离层对C波段的影响在（0～0.5）ns范围内,这对亚纳秒量级的时间比对是必须考虑的。IGS提供的电离层产品适合应用于双向时间频率传递,具有方法简单、准确度高和价格低廉等特点。     

基于光纤双环网的高精度时频同步技术研究

本文介绍了一种基于光纤双环网的时频同步技术设计方法，针对时频设备协同使用时如何获得高精度同步指标这一问题提出了一种设计思路。以系统时间源使用北斗/GPS/GLONASS，本系统同步精度优于5E-13，频率稳定度优于5E-13@1d；以UTC(BIRMM)输出的TOD+1PPS做系统时间源，本系统同步精度优于4E-13，频率稳定度优于6E-14@1d。本方案提出的方法原理简单，系统可根据使用情况进行裁剪，相比卫星双向等手段成本低廉，适合在时频同步领域推广。     

Time synchronization of new-generation BDS satellites using inter-satellite link measurements

Autonomous satellite navigation is based on the ability of a Global Navigation Satellite System (GNSS), such as Beidou, to estimate orbits and clock parameters onboard satellites using Inter-Satellite Link (ISL) measurements instead of tracking data from a ground monitoring network. This paper focuses on the time synchronization of new-generation Beidou Navigation Satellite System (BDS) satellites equipped with an ISL payload. Two modes of Ka-band ISL measurements, Time Division Multiple Access (TDMA) mode and the continuous link mode, were used onboard these BDS satellites. Using a mathematical formulation for each measurement mode along with a derivation of the satellite clock offsets, geometric ranges from the dual one-way measurements were introduced. Then, pseudoranges and clock offsets were evaluated for the new-generation BDS satellites. The evaluation shows that the ranging accuracies of TDMA ISL and the continuous link are approximately 4?cm and 1?cm (root mean square, RMS), respectively. Both lead to ISL clock offset residuals of less than 0.3?ns (RMS). For further validation, time synchronization between these satellites to a ground control station keeping the systematic time in BDT was conducted using L-band Two-way Satellite Time Frequency Transfer (TWSTFT). System errors in the ISL measurements were calibrated by comparing the derived clock offsets with the TWSTFT. The standard deviations of the estimated ISL system errors are less than 0.3?ns, and the calibrated ISL clock parameters are consistent with that of the L-band TWSTFT. For the regional BDS network, the addition of ISL measurements for medium orbit (MEO) BDS satellites increased the clock tracking coverage by more than 40% for each orbital revolution. As a result, the clock predicting error for the satellite M1S was improved from 3.59 to 0.86?ns (RMS), and the predicting error of the satellite M2S was improved from 1.94 to 0.57?ns (RMS), which is a significant improvement by a factor of 3–4.     

Beidou wide-area augmentation system clock error correction and performance verification

On December 27, 2018, the Beidou-3 System (BDS-3) has completed the deployment of 18 Medium Earth Orbit (MEO) satellites combined as a space constellation. In addition to the augmentation information for the new system signals B1C and B2a, the BDS-3 is compatible with the three augmentation information broadcast by the BDS-2 system for B1I and B3I signals: equivalent clock error correction, User Differential Ranging Error (UDRE) and Grid Ionosphere Vertical Error (GIVE). In this paper, the observation data of Beidou monitoring network are used to analyze the pseudo-range observation quality of the smooth transition signals B1I and B3I of BDS-2 and BDS-3. At the same time, the relationship between the equivalent clock error correction and the prediction error of the satellite clock is analyzed by using the Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer (TWSTFT) data. The results show that the correlation between the equivalent clock error correction and the monitored clock error by using the TWSTFT data is greater than 60%. We calculate the UDRE by using the equivalent clock error correction. The results show that the satellite equivalent clock error correction can improve the accuracy of User Equivalent Range Error (UERE) by about 50%. This paper also compares the positioning accuracy of the BDS-2 satellites with the BDS-2 satellites combined BDS-3 satellites. The results show that the three-dimensional positioning accuracy is improved by about 30% after the BDS-3 satellites are added.     

卫星双向时间频率传递校准技术综述

卫星双向时间频率传递技术是高精度时间频率远程比对的基本手段,其时间比对A类标准不确定度优于0.1ns,B类标准不确定度主要取决于系统的校准。本文简述了卫星双向时间频率传递的基本理论,着重说明各种卫星双向时间频率传递系统校准方法和硬件实现,对各种校准技术进行评述和比较,总结并展望了校准技术发展的方向。     

基于移动站的转发式地面站设备时延标校方法

在转发式卫星测定轨系统中,基于伪码测距原理的星地距离测量是实现卫星精密定轨和高精度时间比对的基础。为获得高精度的星地距离,需要将地面站设备时延从伪码测距值中精确扣除。在转发式卫星测轨原理的基础上,提出了基于移动站的转发式地面站设备时延标校方法,实现了对转发式地面站设备时延的标校,标校精度能够优于0.5ns,对提高转发式卫星定轨精度和卫星双向时间比对精度具有重要作用。     

卫星双向时间频率传递调制解调器研制进展

卫星双向时间比对调制解调器是卫星双向时间比对系统的核心设备,文章介绍了北京无线电计量测试研究所自主研发的卫星双向时间比对调制解调器(BIRMM modem)的研制情况,该设备具备1Mchip/s,2.5Mchip/s,5Mchip/s三种码速率,最多可拓展10个通道,中频输出频率70MHz。通过本地上星比对试验对BIRMM modem的核心性能指标进行了分析及评估。测试结果表明： BIRMM modem的时间比对精度优于0.3ns。     

一类冗余星载惯性姿态参考系统的可靠性分析

随着航天事业的发展 ,对航天器的长寿命提出越来越高的要求 ,需要简便可行的冗余方案以备工程所需。文中提出一种对于混合冗余系统的可靠性研究的计算方法。并将这种方法应用到星载惯性姿态参考基准上 ,提出了一种有别于常规冗余方案 (工作冗余加N中取K系统和N中取K加冷储备系统 )的新方案 ,为工程实现作了理论上准备     

企业信息系统领域的软件建筑模型

将软件建筑的基本概念以及研究成果引入到企业信息系统建设中,提出了企业信息系统领域的软件建筑模型.首先对软件工程方法学的发展做了简要评述,指出了软件建筑在软件过程中的重要性.随后提出了企业信息系统领域的基于软件建筑模型,包括软件建筑模型、参考需求、参考建筑等.描述了基于该模型的软件开发过程,讨论了若干相关研究工作.