FY-3D卫星高光谱温室气体监测仪热控设计及在轨验证

FY-3D卫星高光谱温室气体监测结构布局紧凑，在较小尺寸空间内布置有8个镜头组件、12台电子设备和3台电机。内热源数量众多，光学镜头控温精度要求高，热控功耗及散热面资源紧张，使热控系统设计难度较大。基于热管理、辐射间接热控、辐射冷却及结构热控协同优化设计等多种思路对监测仪热控系统进行设计，有效解决热控难题。入轨后监测仪历经了多个工况模式切换，在轨温度数据表明，所有工况模式下各部组件温度都满足指标要求，且光学镜头温度稳定度较高，在正常工作模式下，干涉仪关键件最大温度波动在±0.15℃以内，其他光学镜头组件最大温度波动在±0.45℃以内，且无论整轨待机模式还是正常工作模式，基于热管理的2组电子设备散热系统都无需消耗热控功耗，实现了多热源复杂机制下高精度控温及节能热设计。      

主动光频标的研究进展

传统被动光钟激光锁频系统的频率稳定度最终受限于由布朗运动导致的腔长热噪声，是目前光频标发展面临的主要技术瓶颈之一。主动式新型光频标利用光学谐振腔的弱反馈在原子跃迁能级间形成多原子相干受激辐射，该受激辐射输出信号可直接作为钟跃迁信号使用，相比于被动光钟，主动光中原理上可实现更窄的量子极限线宽，并具有腔牵引抑制优势。分别介绍了国内外在主动光频标研究现状，主要介绍北京大学在该研究方向取得的理论及实验研究进展。为了实现窄线宽连续型主动光频标，提出双波长好坏腔方案减小剩余腔牵引效应对四能级主动光钟的影响，其中Nd:YAG 1 064nm好腔激光和铯原子1 470nm坏腔激光共腔输出，分别工作在好、坏腔区域，好腔激光通过Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术锁定主动光钟谐振腔的腔长，由于坏腔激光相比于好腔激光具有腔牵引抑制优势，因此坏腔激光线宽有望在腔长锁定之后的好腔激光的基础上进一步压窄。目前两套双波长系统的1 470nm钟激光拍频线宽受限于两个谐振腔腔长的相对抖动，为了抑制共模噪声对钟激光拍频信号的影响，并验证采用PDH稳频技术实现腔长锁定的可行性，本文利用相位锁定技术同步两套双波长好坏腔系统的谐振腔腔长，从而消除腔长共模噪声对钟激光拍频线宽的影响，进而分析除剩余腔牵引效应以外的其他因素对1 470nm主动光频标的影响。     

基于相关滤波器的嵌入式动态目标跟踪系统设计

针对空间非合作运动目标监控，提出了一种基于嵌入式技术的动态目标实时检测与跟踪方法，并完成了跟踪系统的研制设计和测试。该视觉目标跟踪系统以嵌入式处理器为控制器，通过相机模组获取实时视频图像，图像经过视觉检测与跟踪算法程序分析，得到目标的位置信息后，控制伺服运动系统调整相机姿态实现对动态目标跟踪。提出了基于相关滤波原理的跟踪算法，搭建了树莓派嵌入式测试系统，完成实时检测与跟踪的实验评估。实验结果表明，嵌入式处理器中检测与跟踪程序的平均运行帧率达到25FPS，伺服机构在水平360°和俯仰±60°范围内实现了对移动速度90°/s的目标的实时、稳定监控与跟踪。     

主动航天服关节助力外骨骼结构设计及优化

为克服航天服关节阻尼力矩对宇航员未来太空作业、星表探测以及骨骼肌能恢复训练的影响，设计一种可应用于航天服的关节助力外骨骼方案。首先，结合航天服结构分析，研制了第一代关节助力外骨骼样机。其次，根据使用反馈对第一代外骨骼样机进行结构优化，初步确定第二代外骨骼样机的设计模型，利用有限元软件对负重状态下外骨骼样机进行静力学分析及模态分析。最后，进一步优化第二代外骨骼样机的结构尺寸，优化后的整体质量相较于优化前第二代及第一代样机分别下降了19.34%和40.03%，验证了外骨骼样机结构优化方案的可行性。研究结果为主动航天服结构动力学分析和控制系统开发提供理论依据。     

带热障涂层固体发动机快烤特性有限元仿真

建立了发动机三维瞬态圆柱坐标的传热数学计算模型和发动机有限元仿真计算模型,通过导入快烤实验温度场数据,将仿真结果与试验结果进行对比分析,验证仿真模型的正确性；在药柱表面建立路径,记录每个时间点药柱不同位置的温度数据,并确定温度首先达到 550 ℃的危险点在药柱前端边缘处,得出涂层对危险点的延迟时间为 343.34 s；通过模拟 5 ℃/s和 10 ℃/s 2种不同升温速率的快速烤燃条件,对无涂层的对照组发动机和有涂层的发动机进行烤燃模拟,结果发现,升温速率为 5 ℃/s时,延迟时间为 182 s,升温速率为 10 ℃/s时,延迟时间为 191 s,延迟时间随升温速率的增大而增加,但总点火时间缩短。     

航空电气电弧、短路危害及保护研究

航空电气电弧、短路可能会导致难以挽回的损失,研究航空电气电弧、短路的危害及其保护措施具有 重要意义。通过试验室搭建民用飞机典型的115V/400Hz三相交流电气线路,选取金属导体作为多余物,采 用试验法对飞机电气电弧、短路故障现象进行研究,验证和分析传统热断路器的工作特性,确认电气电弧、短路 故障对电气线路和设备产生的危害程度;同时,分析三种更好的电气电弧、短路保护方法。结果表明:传统热断 路器仅对短路故障具有保护作用,对电气电弧不能产生保护作用;三种新的保护方法电弧检测和保护时间过 长,电弧已对导线和设备产品造成不可恢复的损坏。     

螺线管线圈式MEMS永磁电动机的热分析

针对一种螺线管线圈式MEMS（微机电系统）永磁电动机进行了热分析并给出了初步测温方案。介绍了此MEMS永磁电动机的总体设计方案，选用单晶硅衬底内二氧化硅绝缘的绕组达到散热性能优异的目的，利用ANSYS的稳态传热和静结构力学模块进行热固耦合模拟。在此基础上，通过数值模拟验证了电动机静子温度分布均匀，可将绕组和衬底视为无温度梯度。通过热固耦合模拟，得出不发生膨胀失配的最大工作温度为86℃和相应的最大发热损耗功率为2.83 W，据此预估电动机的额定工作性能，验证了本电动机的耐温能力和高功率密度潜力，最终设计的额定输出功率为0.362 W，计算的设计功率密度为0.117 W/g。     

力/热环境下复合材料薄壁结构的分离动力学分析

基于显式动力学分析模拟了力/热环境下复合材料薄壁结构的分离过程，基于计及不确定性的Chang Chang失效准则评估了复合材料结构的可靠性，进而探究了气动力载荷和温度载荷对结构分离动力学以及复合材料结构强度可靠性的影响规律。结果表明：气动力载荷及温度的升高均会加速结构的分离过程；高温会显著影响结构脱离时刻的转动角度，进而改变了结构的脱离姿态；系统可靠性随温度载荷的升高而降低。     

双马来酰亚胺/聚醚砜复相树脂相结构与热性能

利用SEM、DMA和TGA研究双马来酰亚胺(BMI)/聚醚砜(PES)复相树脂微观相结构对热性能的影响。结果显示:BMI/PES复相树脂体系发生了相分离现象,当PES添加量达到15 phr时,复相树脂体系中产生了相反转结构,富BMI颗粒相被富PES相紧密包裹;相比于纯BMI树脂,BMI/PES复相树脂中归属于富BMI相的玻璃化转变温度T_g升高;BMI/PES-5复相树脂中只有一个T_g,其起始模量降低对应的温度升高;随着PES添加量增大,BMI/PES复相树脂高温塑性行为更加明显;由于PES与BMI间良好的界面作用及富PES相的热防护作用,BMI/PES复相树脂的最大热失重温度和残炭率均得到显著增大;树脂体系在氮气氛围中的耐热性要优于空气氛围。     

石墨烯改性溶胶⁃凝胶复合涂层的 制备及其防腐性能

利用溶胶-凝胶技术在铝合金表面制备石墨烯改性溶胶-凝胶膜层,形成复合涂层。通过扫描电镜和能谱测试,分析涂层的表面形貌及成分。采用动电位极化曲线和交流阻抗测试不同石墨烯添加量时复合涂层的电化学性能。研究表明,石墨烯添加后能够形成均匀且较为致密的复合涂层,且与单一的溶胶-凝胶涂层相比,复合涂层具有更正的腐蚀电位(-1.18 V)、更低的腐蚀电流密度(2.84μA/cm~2)和更大的线性极化电阻(415.49 kΩ·cm~2),说明石墨烯添加提高了涂层的防腐蚀性能,然而当石墨烯添加量超过0.5%时,石墨烯发生团聚,产生膜层缺陷,降低复合膜层的防腐性能。研究结果为制备溶胶-凝胶复合涂层及提高铝合金的耐蚀性提供了研究思路。