中国空间引力波探测“太极计划”及“太极1号”在轨测试

我国空间引力波探测"太极计划"将打开中低频段(0.1 mHz～1 Hz)的引力波观测窗口,为人类研究宇宙起源与演化、黑洞起源与演化、引力本质、暗能量和暗物质等提供全新的方法和手段。由于空间引力波探测涉及一系列关键技术,太极计划提出了"单星""双星"和"三星"3步走的发展路线图。目前"单星"计划——"太极1号"发射成功,并圆满完成了第一阶段的在轨测试。本文将简要介绍空间引力波探测的科学价值、国内外背景和关键技术分解,重点对太极计划及其3步走发展规划进行分析,并提出后续工作的一些设想和发展建议。     

一种谐波减速器不对中误差分析方法

在空间环境中运行的星载天线转动单元中的谐波减速器产生的不对中故障信号故障特征难以提取,针对此问题提出了一种优化变分模态分解的故障诊断方法,这种方法基于鲸鱼优化算法(WOA)和Teager能量算子(TEO)包络解调。首先,由于包络熵对故障信号特征非常敏感,故采用包络熵作为适应度函数,同时其也是鲸鱼优化算法的目标函数。其次,WOA具有操作简单、调整参数少、跳出局部最优能力强等诸多优点,故使用WOA对变分模态分解(VMD)进行优化,构建优化算法。最后,使用Teager能量算子对本征模态分量(IMFC)进行处理。所提出的方法用于分析谐波减速器输入、输出轴两端收集的实验信号。通过与传统的快速傅里叶变换方法进行对比结果表明,所提出的方法提高了分解效率,在分解参数的原则和故障信号提取精度方面具有良好的性能,误差不超过2%,能够实现谐波减速器不对中故障信号的精确诊断,具有一定的研究意义与工程实用价值。     

TA15钛合金超高频氩弧焊工艺试验研究

针对TA15钛合金材料进行了超高频脉冲钨极氩弧焊接工艺试验。采用金相试验方法和力学性能试验对超高频焊接和常规焊接工艺下的显微组织和性能进行对比。结果表明,采用超高频氩弧焊的焊缝宽度明显比常规氩弧焊窄,晶粒尺寸减小30%以上;α相片层厚度要厚于常规焊,且分布更规律、更有序。超高频脉冲焊接接头抗拉强度与常规氩弧焊基本相当,塑性优于常规氩弧焊,其疲劳性能也高于常规焊。     

基于变分贝叶斯的星载雷达非线性滤波

星载雷达由于其探测范围广、距离远、全天候等优点，在预警防御系统中占有十分重要的地位。然而，由于观测平台的高速运动以及摄动干扰、传感器观测非线性等问题，使得星载雷达目标高精度跟踪带来严峻挑战。针对星载雷达非线性状态估计问题，采用一种基于变分贝叶斯的非线性滤波方法，该方法通过将非线性状态估计问题转化为优化问题，通过迭代优化获得了闭环解析解。此外，针对坐标变换中俯仰角量测缺失问题，提出了一种基于先验目标高度的俯仰角估计方法。通过数值仿真，验证了所提方法较传统非线性滤波方法，如扩展卡尔曼滤波、不敏卡尔曼滤波、转换量测卡尔曼滤波，具有更好的估计精度。     

一种小型固体运载火箭末级多约束制导方法

针对耗尽关机的固体运载火箭末级多约束制导问题，提出了在真空飞行段设计一种具有速度管控能力的多约束制导方法。同时针对速度管控引起的状态矢量耦合问题，基于定点制导算法推导出一种适用于耗尽关机制导的拓展理论算法，通过求解交变姿态速度管控方向实现对耦合项的抑制；并对大气层外“助推-滑行-助推”的任务模式，在此理论基础上推导出滑行点火时间、〖JP2〗需要速度矢量与终端轨道根数之间的理论关系，解决了固体运载火箭在固定弧长条件下的两点边值问题。蒙特卡洛仿真结果表明：该制导算法对不同载荷任务具有较强的适应能力，对模型的参数偏差及不确定性具有高制导精度和强鲁棒性，因此该算法具有一定的理论意义和工程应用价值。     

一种超声速颌下进气道变几何方案研究

针对宽范围定几何颌下进气道高马赫数下的压缩量不足问题，提出了一种喉部滑块前后移动的变几何调节方案，该方案通过滑块前后移动改变高低马赫数下的喉道尺寸，使进气道能够满足高低马赫数下的压缩量要求。本文提出了两种滑块布局方式，针对内锥侧滑块布局方式，按调节原理进行了滑块型面与进气道内流道型面的匹配设计，并将变几何颌下进气道与定几何方案进行了性能比较。数值研究表明：按Ma2.5-Ma4.0范围设计的变几何颌下进气道，在设计点，临界状态出口总压恢复系数为0.51，较公开文献中定几何方案提高8.5%；在Ma4.0，0°攻角工况下，临界状态出口总压恢复系数为0.46，提高12.2%；在Ma2.7，1°攻角工况下流量系数为0.69, 临界状态出口总压恢复系数为0.78。气动性能表明，该颌下进气道性能优越，调节方案简单可行。     

基于转子动力学特性分析的局部共振诊断研究

建立了支承局部共振动力学模型,给出了利用振动数据进行局部共振频率预测的方法。进行了转子动力学试验,试验转子含有2个盘和2个支承并固定到柔性摆架上,试验中出现单个支承外传力超限,但盘的振动位移幅值较小,且有上升趋势的现象,符合支承局部共振的特征。利用局部共振频率预测方法对振动数据进行处理,得到了理论预测的局部共振频率。进行了模态试验,得出的局部共振频率与理论预测吻合,同时也验证了局部共振诊断。结合模态振型对摆架进行了改进,改进后,消除了该处局部共振。     

温度循环条件下某光电舱结雾现象分析

温度循环筛选是提高产品可靠性的重要手段之一,而光电试验舱内温度循环引发的呼吸作用可能是导致光电产品结雾的原因。文章详细分析了某光电舱温度循环时低温结雾的现象,通过理论计算和相关试验,表明器件内部水汽含量过大是此现象出现的主要原因,而密封结构的呼吸作用影响较小。根据以上结果,提出了相关解决措施。     

基于逆模拟分析的民用飞机操纵状态再现研究

民航飞行事故原因调查分析时，常常要对飞机的操纵状态进行再现分析。但由于FDR数据缺失、设备损坏等各类原因，对飞行员的操纵情况并不能准确有效地还原。采用逆模拟技术是解决飞行操纵状态再现分析的有效途径。逆模拟技术是通过已知的系统输出确定动态系统控制输入的计算方法。在众多逆模拟算法中，积分逆模拟算法由于具有模型独立、实现简单而得到广泛应用。对某中型民用运输机采用积分逆模拟方法，对一个简单的飞机操纵进行了再现分析。分析了积分逆模过程中的收敛区间和稳定性，并总结了使用积分逆模拟算法的注意要点。     

基于膜过滤的反渗透海水淡化预处理

设计了膜法预处理系统,研究了膜过滤工艺用于舰船反渗透海水淡化预处理的可行性。系统性能考察结果表明,采用直接过滤30 min和滤过水反洗1 min交替的运行方式净化海水时,出水浊度低于0.09 NTU,UV254和CODMn的平均去除率分别为42.2%和57.6%,且无细菌检出;当跨膜压差≥0.035 MPa时,应进行维护性化学清洗,可使跨膜压差恢复到低压水平。膜法预处理系统出水水质稳定,无化学品添加,工艺简单,结构紧凑,适用于舰船反渗透海水淡化预处理。