精密机电设备寿命评估方法

寿命评估技术既是确保设备安全、可靠运行的核心和关键,也是设备定寿、延寿的重要依据。从工程的视角,根据精密机电设备的工作状态,将精密机电设备分为新研设备、工作态设备、贮存态设备3类,分析这3种状态机电设备的特点及可以获取的信息资源,进而对新研设备、工作态设备、贮存态设备的寿命评估方法进行了系统研究和评述,对存在的问题及未来发展趋势进行了分析和展望。鉴于难以对复杂精密机电设备的机理进行建模,数据驱动的寿命估计已成为当前研究的主流,本文在3种状态机电设备分类的框架下,重点分析了数据驱动寿命估计的研究动态。     

基于FC-AE-1553总线的空天电子网络带宽动态分配机制研究

航空航天电子系统对信息交互网络的性能要求越来越高,提高航空航天电子系统总线带宽、增大允许接入终端数量、降低时延提升实时性是空天电子领域重要的研究方向之一。针对无源光网络（PON）结构下FC-AE-1553总线中存在的下行“一点对多点”的调度和上行“多点对一点”的信道共享冲突问题,设计了一种支持多业务QoS要求的网络带宽动态分配机制。仿真结果表明,该带宽分配机制在高速网络吞吐量（3.76Gbps）的条件下可保证很低的多业务传输时延（<50μs）。     

基于萤火虫算法的磁信标自主定位方法

传统定位和跟踪应用(如雷达和GPS等)受天气、地域的限制,无法适应室内、地下、水下等应用场合,对此研究了一种低频磁信标定位方法,可穿透土壤、岩石、海水、建筑物和许多其他类型的介质,不受恶劣的天气条件或昼夜变化的直接影响,在许多室内和室外环境中应用十分方便。针对传统磁信标定位存在的问题,分析了分离式磁信标定位的原理,给出了萤火虫算法在磁信标定位中的数学模型,提出了一种基于萤火虫算法的磁信标自主定位方法,该方法适应性更强,更易于工程实现,最后通过仿真和实验验证了该方法的可行性。     

基于多项式函数求解的落角约束制导律

在攻击坦克、舰艇等特定目标时,需要对导弹的终端落角进行约束,进一步提高战斗部的毁伤效能。针对这一问题,设计了基于多项式函数推导的落角约束制导律。首先在纵向对称平面内建立弹目相对运动学的小扰动线性化模型,利用落角和脱靶量的始端和终端约束条件,推导得到了满足落角约束的制导律的解析表达式。对该制导律进行仿真,仿真结果表明该制导律可以使导弹按照期望落角命中目标。     

某典型飞行器模型俯仰/滚转两自由度耦合动态气动特性

先进飞行器在大迎角高机动飞行过程中,气动力复杂演化与运动姿态剧烈变化的相互作用,容易诱发俯仰拉起的滚转或侧偏等耦合运动,呈现出十分强烈的多自由度动态气动力特性。为此,选取某典型四代机修型设计模型,利用FL-26风洞专用的俯仰/滚转两自由度动态试验装置,开展了单自由度和俯仰/滚转两自由度耦合运动的动态气动力特性研究。结果表明,研究模型在迎角30°左右会出现滚转单自由度的侧偏和小振幅摇滚运动现象;俯仰单自由度振动条件下,模型法向力和俯仰力矩会出现明显的气动迟滞特性;在强迫俯仰/自由滚转（或强迫滚转）两自由度耦合运动情况下,模型的侧偏运动幅值得到了一定的抑制,但纵横向气动力都出现了迟滞现象,甚至是多个气动迟滞环结构,容易引发耦合失稳发散。     

一种高阶精度大涡模拟技术用于激波/火焰相互作用

基于Smagorinsky亚格子模型和增厚火焰技术,开发了一种高阶精度的反应流大涡模拟求解器,运用于数值研究边界层对激波与火焰相互作用的影响。该求解器的核心在于加入了基于超黏性的激波捕捉技术和时空三阶精度的两步Taylor-Galerkin紧致（TTGC）有限元格式,并通过对一维Shu-Osher问题和二维激波/气泡相互作用问题的计算,验证了求解器对激波、接触间断和湍流脉动等流动细节的捕捉精度,计算结果与实验数据吻合良好。通过对激波管内激波、火焰与边界层相互作用问题的数值模拟,发现由于激波与边界层的相互作用会产生不稳定的激波分叉现象,激波三分叉点传播速度的发展经历了水平匀速运动、小斜率线性增长和大斜率迅速增长3个阶段,由此揭示了激波分叉促进火焰加速的机理。当火焰面传入激波分叉区后,流场不均匀的回流区起到了稳定火焰的作用,一方面分叉结构内火焰面能够为激波的运动持续地供应热量,另一方面局部超声速区域为火焰的快速传播提供动力,使其能紧跟激波。通过对比相同条件下甲烷和乙烯燃烧的数值结果,发现两者爆震点触发的位置都出现在马赫杆后面,热量释放率的变化趋势也大致相同,但乙烯出现爆震的时间比甲烷早。     

基于GaN-HEMT并联的航空电机驱动系统设计研究

在深入了解宽禁带电力电子器件的发展现状和开关特性基础上,提出了一种基于GaN-HEMT并联的航空电机驱动系统,开展了GaN-HEMT并联的驱动电路及数字控制器平台设计与实践。搭建了试验系统,进行了相关测试。试验结果验证了设计的正确性。     

三相永磁容错电机单相故障的容错控制

为了使三相永磁容错电机在单相故障后仍能输出满足要求的转矩,提出了容错电流优化控制方法。针对开路故障,利用故障前后磁动势不变的原则,得到了故障时的容错补偿电流,实现对转矩脉动的补偿。针对短路故障,利用分开补偿的策略,对由短路电流引起的转矩脉动和缺相不对称转矩脉动进行分开补偿,进行了电流矢量合成,实现了电机在短路时输出转矩脉动的最小化。通过MATLAB/Simulink进行仿真,验证了所提出容错控制方法的有效性。     

双丝扭秤微推力测量系统

针对未来空间引力波探测任务——"太极计划",根据卫星平台无拖曳控制对微推力器产生推力大小的要求,研发出一套基于扭秤的微推力测量系统,分别详述了其微推力测量、弱力产生装置和角位移差动测量的原理及磁阻尼装置。通过对弱力产生装置和扭秤系统的标定,得到微推力与扭秤扭转角位移的函数关系。同时分析了结构和环境对微推力测量系统的影响,得到其推力测量范围为1~200μN,分辨力为0.4μN,相对不确定度为1.1%,满足对微推力器推力分辨力和精度的测量要求。     

微小尺度多循环爆震实验研究

为了探索爆震燃烧应用于微型推进器的可行性,进行了微小尺度多循环爆震实验的研究。实验管道采用截面为6mm×6mm,长度为500mm的方型爆震室,氧化剂和燃料分别为40%的富氧空气和乙烯,工作频率范围为1~30Hz。实验中采用高速摄影仪拍摄反应波的传播过程,用压力传感器测量反应波的压力变化。结果表明,工作频率在1~20Hz内时可以成功实现多循环爆震,爆震波离开爆震室的速度约为2500m/s,频率越高,缓燃向爆震转变(Deflagration to Detonation Transition,简称DDT)的距离越长;工作频率为10Hz和20Hz时,同一频率下,不同爆震循环的DDT开始位置不同,并且DDT距离也存在差异;工作频率为25Hz和30Hz时,由于混合气填充量的减小,不能形成爆震。