Ground experiments of Chang’e-5 lunar regolith penetrating radar

The Lunar Regolith Penetrating Radar (LRPR) is an Ultra-Wideband (UWB) array-based Ground penetrating radar (GPR) onboard the lander of Chang’e-5 (CE-5) mission. The primary scientific objectives of the LRPR are to probe the thickness and structure of lunar regolith of the landing site, and support the drilling and sampling process. In order to evaluate the performance of the LRPR, a series of ground experiments are performed using the LRPR prototype mounted on a CE-5 lander model. The performance of the LRPR is evaluated by comparing the experimental data with the simulated data. Data processing and imaging method are verified, and the interferences from the lander and other aspects are analyzed. The results of the ground experiments and simulation demonstrate that the LRPR is able to meet the design requirement of 2-m detection depth. They also indicate that the upper and lower interfaces of the stratified structure in the lunar regolith can be well distinguished by the LRPR when the dielectric constant difference is greater than 0.3, and the imaging effect of the location under the dense antennas is better than that of other positions. However, the identification capability of the LRPR to the independent blocky objects is relatively poor mainly due to the clutters caused by the lander, the sparsity of the antenna elements compared to the size of the basalt block, the limited aperture of the antenna array, and the tail of the transmitted waveform.     

三轴光纤陀螺动态性能测试软件平台设计

本文利用LabVIEW软件所设计的三轴光纤陀螺的动态性能测试软件平台可以完成对转台的姿态控制,实现对转台速度角度的设置;同时完成对运动模拟转台及三轴光纤陀螺的参数采集、存储、处理。通过相关数据处理,实现对相关测试数据及评估结果的直观显示。     

基于双环滑模控制的直/气复合控制系统设计

直/气复合控制导弹具有强干扰、强非线性以及强耦合等特点，传统的姿态控制器难以适用于该种复杂干扰并存的情况，文章提出了基于双环滑模控制的直/气复合控制器。首先采用有限时间收敛趋近律分别构造内外环滑模控制器，并将角速度回路的滑模变量量化为直接力指令，以解决空气舵与姿控发动机之间的耦合问题。接着使用非线性扩张状态观测器估计综合干扰，从而设计控制器补偿侧向喷流干扰及模型不确定性等综合干扰的影响。然后基于李雅普诺夫方法证明了控制系统闭环稳定，分析了干扰补偿对控制器收敛域的影响。最后仿真结果表明，该方法跟踪速度快，动态过程平稳，具有较强的干扰抑制能力，具有很强的鲁棒性。     

一种新的最速下降算法在自适应噪声对消中的应用

自适应噪声对消在很多领域有着重要应用。为了进行自适应噪声对消，提出了一种新的最速下降算法。该算法主要原理是对多元二次函数进行降维处理，使其变成一元二次函数，再应用抛物线的性质分别循环迭代地求解每一个维度上的极值。在自适应噪声对消应用中，所提算法与传统的自适应算法进行对比，具有收敛速度快，滤波效果好，滤波效果可调节，抗恶劣信噪比以及急剧变化信噪比，不需选择迭代步长，适合计算机和可编程硬件实现等优点。      

燃烧室头部激励的等离子体强化燃烧特性实验研究

等离子体助燃是一种新型的强化燃烧技术，近年来受到国内外学者的广泛关注。本文开创性地研制了基于旋转滑动弧等离子体的强化燃烧头部，建立了某型航空发动机三头部燃烧室实验件的等离子体助燃实验平台，验证了该等离子体强化燃烧技术应用于型号发动机燃烧室的可行性。实验研究等离子体助燃在不同余气系数和不同输入电压条件下对平均出口温度、燃烧效率、温度分布系数以及熄火边界的影响。实验结果表明，与正常燃烧相比，施加等离子体助燃后的燃烧效率有明显的提高，在输入电压为U0=240V，余气系数为 α=0.8时，等离子体助燃的燃烧效率提高3.24%。实施等离子体助燃后，燃烧室出口温度分布场分布得到明显的改善，在富油工况α=0.8，出口温度分布系数减少39.8%。等离子体助燃输入电压越高熄火边界扩展程度越明显，相比于正常工况条件下，等离子体助燃U0=240V的熄火边界扩宽了7.34%。     

逆金字塔式安全着陆点选择方法

针对现有地外天体软着陆安全着陆点选择方法的不足,设计了逆金字塔式安全着陆点选择方法,结合着陆器的落点精度和自主避障及地形坡度适应能力,建立了基于平整点、安全着陆点、可靠避障点和标称着陆点的地形安全性分析与定量搜索模型,该模型呈四层逆金字塔结构,每一层搜索的结果作为下一层搜索的输入,从弱约束到强约束逐步收敛至100%地形安全着陆区,嫦娥五号探测器飞行结果表明该方法能够快速确定安全着陆区及标称着陆点,并有效指导着陆下降过程的标称航迹设计和轨道控制策略制定。     

纵向波纹隔热屏气膜冷却特性实验

针对加力燃烧室纵向波纹隔热屏气膜冷却效果开展了细致的实验研究,利用红外热像仪测量了隔热屏壁面的温度分布,分析了隔热屏板型、吹风比、开孔率等参数对气膜冷却效率的影响。实验中板型选取了平板和纵向波纹隔热屏,吹风比变化范围是0.5~3.0,开孔率变化范围是1.4%~3.7%。结果表明:相比于平板隔热屏的气膜冷却效率沿程逐渐增加,纵向波纹隔热屏的气膜冷却效率随波纹板的起伏而起伏且大于平板隔热屏;随着吹风比的增加气膜冷却效率逐渐加大,在吹风比为3.0时达到最大值;气膜冷却效率在波峰处低,波谷处高,整体上随波纹板的起伏而波动,吹风比越小,气膜冷却效率随波纹板的起伏变化越明显;高吹风比(吹风比为2.0~3.0)下,气膜冷却效率沿程变化与增幅较为缓慢;整体上,随着开孔率的增加气膜冷却效率逐渐加大,小开孔率(开孔率为1.4%、2.7%)下的气膜冷却效率相差不大,但在次流背风侧,开孔率小的气膜冷却效率要小于开孔率大的气膜冷却效率。      

Measurement of mass diffusion coefficients of O_2 in aviation fuel through digital holographic interferometry

The experimental apparatus to measure the mass diffusion coefficients of O2 in aviation fuel was constructed based on the digital holographic interferometry method. The theory of mass diffusion coefficient and interference image processing were introduced in detail. The accuracy of the experiment was verified by measuring the mass diffusion coefficient of 0.33 mol/L KCl in aqueous solution at 298.15 K. The mass diffusion coefficients of O_2 in RP3 and RP5 aviation fuels were measured at temperature from 278.15 K to 333.15 K, and the Arrhenius equation was employed to fit the experimental data. In terms of the Stokes-Einstein equation, the viscosities of these two aviation fuels were tested to estimate the correlation among mass diffusion coefficient, viscosity and temperature. A uniform polynomial calculation correlation was proposed to predict the mass diffusion coefficients of O_2 in both RP3 and RP5 aviation fuels, and its accuracy is considerably higher than that of the Stokes-Einstein equation.     

可靠性设计优化的球空间设计法

可靠性设计优化（RBDO）在航空航天等领域已经被广泛应用，具有显著提高可靠性的效果；然而它包含两个迭代循环-总体优化循环和可靠性分析循环，双循环求解方法效率低下甚至难以承受。本文提出一种可以提高可靠性设计优化求解效率的方法-球空间设计法，该方法可以方便地表达搜索区域，最大可能失效点可以从极值点处精确获取；同时，该方法可以将总体优化以及可靠性分析同步进行。本文所提出的球空间法的有效性将通过2个算例进行测试，测试结果表明该方法不仅精度与同类方法持平，求解效率有明显提升，它将会对提高航空航天装备如卫星、火箭、飞行器等产品的可靠性提供更为有效的方法和技术支持。