航天器测试数字化转型探索和实践

针对传统航天器测试面向航天器研制新特点体现出的一些不足,文章提出了航天器测试数字化转型的方法。基于虚拟化等技术构建数字化测试平台,实现不同航天器的资源集约化管理和按需分配,解决传统的单航天器独占测试资源的问题;构建“云”、“网”、“端”的异地协同工作环境,解决异地并行研制时数据共享性差,专家资源发挥不够的问题;建立设计、研制、测试、在轨的模型转换标准,解决各阶段模型数据未得到有效的数字化传递的问题。该探索和实践已成功应用于航天重大工程任务,取得良好的应用效果。     

旋翼翼型动态失速机理及非定常设计研究进展

旋翼翼型的动态失速现象限制了直升机的最大飞行速度和机动性,并且其产生机理复杂、抑制困难,是直升机空气动力学领域持续关注的重点与难点问题.本文首先介绍了试验、半经验模型和计算流体力学(CFD)等旋翼翼型动态失速研究方法的发展,分析了不同方法的优缺点和适用范围.其次,梳理了旋翼翼型动态失速机理及气动外形、迎角及来流等参数影响机制的研究进展.综合对比发现,变来流-变迎角耦合状态的动态失速更符合旋翼桨叶剖面的流动特征,是未来旋翼翼型动态失速研究的重要方向之一.然后,阐述了旋翼翼型设计方法和设计理念的发展历程,分析了主流翼型定常设计与少数非定常设计理念的优缺点.分析结果表明,非定常设计可以获得既能缓解动态失速又能显著提高静态气动特性的翼型,综合考虑旋翼桨叶剖面运动与来流特征的非定常设计是当前旋翼翼型设计的一个新方向.最后,对旋翼翼型设计的未来发展方向进行了讨论,提出了旋翼翼型设计与旋翼桨叶一体化设计的多层级、多阶段发展设想.     

基于非线性虚拟材料法的栓接结合部动态特性分析

在航空航天领域,栓接作为最可靠的机械连接方式之一,广泛应用于箭上各类仪器设备的安装、航空发动机的连接法兰以及机翼与机身主结构的固定等场景,栓接结合部的动态特性对航天器结构可靠性以及箭载仪器仪表的输出精度都有重要的影响。基于分形理论,提出了一种基于非线性虚拟材料法的栓接结合部模型,将结合部看作由结合部上部分、结合部下部分及中间非线性虚拟材料层三部分组成。采用区域逼近法对栓接结合部进行区域划分,计算出各区域非线性虚拟材料的等效弹性模量、剪切模量、泊松比和密度特征参数,并推导出接触表面压强与虚拟材料特征参数的函数关系。设计L形组合件的模态试验验证所提出模型的有效性,通过与传统虚拟材料法理论结果的对比,非线性虚拟材料模型最大误差为8.80%,结果远远优于传统虚拟材料法,验证了所提出模型的准确性。     

飞机和发动机控制一体化通用要求标准研究探索

通过分析国外现代军民用飞机和航空发动机研制发展趋势，对我国急需的飞机与发动机控制一体化通用要求标准技术内容展开论述，并初步提出标准制定的主要框架和内容，为我国飞机和发动机一体化研制提供标准支撑并提供制定依据和发展方向。     

改进自适应抗差容积卡尔曼滤波多源室内定位

针对容积卡尔曼滤波在多源融合定位中存在跟踪能力不强和自适应能力差的问题,在传 统容积卡尔曼滤波的基础上,提出了改进自适应抗差容积卡尔曼滤波算法。建立了基于新息的自 适应判决准则与修正方法,使得滤波算法能够及时跟踪目标真实状态;引入抗差因子调节观测协 方差矩阵,以减小观测值异常问题对滤波精度的影响;采用奇异值分解代替容积卡尔曼中的Cholesky 分解,提高数值计算的稳定性。超宽带/惯性导航联合定位实验结果表明,与扩展卡尔曼滤波 和容积卡尔曼滤波相比,改进的自适应抗差容积卡尔曼滤波定位精度更高,数值稳定性更好,增强 了定位系统在粗差干扰下的鲁棒性。     

适用于倾转旋翼机气动分析的新型嵌套网格方法

为克服围绕复杂倾转旋翼机生成高质量一体化结构网格的困难，将分块网格策略与嵌套网格方法融合，提出并建立了一套适用于倾转旋翼机气动干扰分析的新型嵌套网格生成方法。该方法中，将整体网格按照倾转旋翼机结构特性进行了分块生成，在保证插值精度的基础上降低了网格规模。为高效连接不同部件网格，首先，引入Inverse Map方法来辅助部件网格定位，采用新颖的多向投影方法保证了部件间洞边界的连续性；其次，基于独立挖洞嵌套策略完成机身与背景网格的组合，并使用了相应的辅助计算坐标进行背景边界网格标识。在贴体网格区域采用基于S A（Spalart Allmaras）湍流模型可压缩RANS(雷诺平均Navier Stokes）方程求解流场，背景网格区域采用欧拉方程，并运用了SPMD(single program, multiple data)模式的并行加速技术，建立了适合倾转旋翼机气动干扰特性分析的高效混合CFD方法。采用Robin直升机机身作为数值算例，验证了CFD方法的有效性。在此基础上着重对倾转旋翼机在悬停、过渡和前飞巡航模式下的干扰流场进行了数值分析研究，分别得出了悬停状态下倾转旋翼机典型的“喷泉效应”干扰现象、过渡状态下的非定常气动干扰特性以及巡航状态下的部件气动变化特性，计算结果表明建立的新型嵌套网格方法能够较好地表征倾转旋翼机外形特性，并能够有效地用于倾转旋翼机的气动特性分析，加速比能超过5.0。      

操纵策略对高速直升机前飞性能的影响分析

针对共轴刚性旋翼高速直升机的操纵冗余问题，开展基于旋翼/推力桨气动力分配的操纵策略研究，并分析其对飞行性能的影响。首先，基于动量-叶素理论与尾迹叠加模型发展了共轴刚性旋翼和推力桨的气动模型，并采用动量源方法建立计入旋翼干扰的机身气动力CFD计算模型。其次，根据所建立的各部件气动载荷求解方法，构建高速前飞状态全机操纵与姿态配平方法。最后，分析旋翼/推力桨不同气动力分配的操纵策略对高速直升机飞行性能的影响规律。研究发现，直升机在巡航高度高速飞行时，旋翼提供部分牵引力可以有效增大高速直升机的最大前飞速度，而操纵策略改变对斜爬升率影响不大。     

旋翼近水面悬停状态气动特性分析

针对直升机在近水面区域飞行时的旋翼气动特性问题，基于RANS方程，结合流体体积(VOF)方法开展了旋翼水面效应流场的模拟分析研究。为提高水/气交界面的旋翼桨尖涡的捕捉精度，在背景网格区域采用了自适应网格方法，并通过与Caradonna-Tung旋翼试验结果的对比，验证了所提方法的可靠性。随后，基于该方法模拟了旋翼在地面、静水面、小幅波浪水面和大幅波浪水面4种工况下的地面/水面效应流场，对不同状态下的旋翼气动特性及水面干扰机理进行了细致讨论。结果表明：地面效应及水面效应下，旋翼桨尖涡更早向外扩散且桨叶中段的表面压强增幅比桨尖处更大，水面效应的强度要弱于地面效应；而波幅更高的波浪所引发的附着涡更容易改变桨尖涡的发展轨迹，增加桨尖涡的不对称性。     

无监督深度学习单目视觉里程计研究

针对传统单目视觉里程计存在的尺度漂移和尺度不一致问题，提出了一种基于无监督深度学习的单目视觉里程计。首先，联合使用空间几何约束和图像相似性约束，得到长序列尺度一致的深度估计网络和鲁棒的光流估计网络；然后，对密集光流进行采样，得到精确的稀疏对应关系，减少尺度漂移；最后，根据改进的ORB-SLAM初始化方法，选择最优跟踪方式，结合深度信息进行尺度对齐，从而得到全局尺度一致的视觉里程计。在KITTI数据集上进行大量实验，结果表明，相较于ORB-SLAM2和基于深度学习的端到端的视觉里程计系统，该算法在通用评估指标方面性能有明显提升，验证了该算法的有效性。     

激光陀螺捷联惯组角动态误差分析及其抑制方法CSCD

二频机抖激光陀螺捷联惯组在高动态载体上的角动态误差日渐成为影响其应用精度提升的重要因素。针对此问题,从各陀螺抖动耦合激励惯性敏感器本体组件圆锥运动产生误差,以及载体过载、振动环境引起陀螺敏感轴弯曲变形摆动产生单表级圆锥误差两个方面,对激光陀螺动态误差进行了理论分析。结合工程应用实际情况,分别对两项误差进行计算和仿真,得出理论误差可达0.01(°)/h以上,必须进行抑制的结论。根据误差产生机理,总结了合理配置各陀螺抖动频率和提升陀螺敏感轴弯曲刚度以抑制其弯曲变形的措施,并给出了抑制效果,可为提升激光陀螺捷联惯组角动态精度提供参考。