高分三号卫星图像质量指标设计与验证

图像质量指标是衡量合成孔径雷达(SAR)卫星成像能力及定量化应用水平的重要指标。在进行高分三号(GF-3)卫星总体设计时,根据海洋、减灾、水利、气象等应用领域的需求,提出了能够兼顾各行业用户典型应用及定量化反演的图像性能要求,确定了几何质量指标和辐射质量指标2类共13项图像质量指标,分析了卫星平台、SAR载荷、空间传输、地面定标及处理等各项因素对图像质量指标的影响,总结了通过卫星总体设计保证各项图像质量指标的方法及手段。GF-3卫星的在轨测试及业务化运行,验证了图像质量指标的符合性,可为后续SAR卫星的研制提供设计参考。     

弯曲变截面隔离段参数化设计与优化

为了提高弯曲变截面隔离段的气动性能,发展了基于几何融合的参数化设计与优化方法。为了丰富几何融合方法产生构型的种类,提出了基于几何长度的新型离散化方法。为满足偏置要求及灵活性要求,中心线设计时选用了B样条曲线。利用优化软件Isight内置全局算法,针对某隔离段,以弯曲隔离段出口的总压恢复系数为目标进行了优化求解。结果表明:优化构型相对于原始构型,在给定相同来流入口情况下总压恢复系数提高了12.3%。     

自然形高空气球上升过程形状预测

为研究高空气球在上升过程中的形状变化以及蒙皮应力分布情况，并给气球的结构设计以及强度设计提供一定依据，本文建立了气球上升过程中的热力学模型，同时基于高空气球蒙皮材料具有非线性、黏弹性、各向异性和不能抗压等特点，通过简化气球几何模型，采用最小势能法预测自然形高空气球上升过程中的形状，并分析了气球上升过程中的应力分布情况，气球的应力极值出现在气球顶部和底部，而经向应力的数量级远大于纬向应力；还对比了不同充气量下、不同时刻下气球形状及应力分布情况，为气球设计及工程应用提供了有效计算 方法。     

高速转子系统支承结构及力学特性设计方法

针对航空发动机高速转子系统支承结构及力学特性设计问题，开展支承结构约束特性（支点位置和支承刚度）对转子系统刚度及转子动力学特性的影响分析，建立转子支承结构约束特性与转子力学特性关联力学模型。通过对转子系统支承结构特征参数与刚度特性、振动特性等力学特性的关联性分析，定量描述了转子支承约束特征及轮盘惯性载荷对转子系统动力学特性的影响规律，在此基础上，提出了基于转子变形控制的支承约束特性与转子力学特性一体化设计方法。仿真计算结果表明:对于高速转子系统可以通过对支点位置及支承约束刚度的设计，调整转子弯曲变形和临界转速的分布特征，使其在通过或靠近弯曲振型临界转速的高转速工作状态下，具有足够的安全裕度。这种通过结构特征参数的变化，优化转子系统力学特性的方法，对航空发动机总体结构布局及动力学设计具有重要的工程参考价值。      

整体壁板压弯成形的形状控制

针对整体壁板压弯成形过程中由于回弹导致的压弯成形精度低和不可控问题，提出整体壁板压弯成形形状控制方法。以铝合金（7050-T7451）机翼整体壁板为研究对象，设计了整体壁板缩比试件模型，基于弹塑性变形理论和几何分析建立了压弯成形局部变形下压量解析预测模型，基于有限元法建立了压弯成形整体变形有限元仿真预测模型，并将模拟结果与实验结果进行了对比；在压弯成形局部-整体变形预测模型的基础上，综合考虑局部-整体变形精度，利用迭代补偿机制与逐步逼近思想，构建了压弯成形轮廓曲线迭代模型。通过与传统的试错法进行对比，研究结果表明所提方法能够以更高的精度、更快的收敛速度有效控制压弯件的成形形状。     

防热瓦式防护系统缝隙热控设计规律

建立了热防护系统(Thermal protection system,TPS)缝隙气动热分析的计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模型,将缝隙热流密度分布情况与平板热流进行了对比,结果表明由于缝隙的存在缝隙上端出现了热流峰值,并且缝隙迎风面热流密度大于背风面热流密度,缝隙热流密度主要集中在缝隙上端与缝隙宽度相当的区域内;采用分析获得的缝隙热流密度建立了缝隙热控分析的有限元传热模型,结果表明缝隙气动热和缝隙类空腔辐射会造成机体表面温度的升高,是造成缝隙热短路现象的原因;最后研究了缝隙几何形状(缝隙宽度、缝隙倒圆角以及缝隙台阶)对缝隙热控性能的影响,分析结果表明随缝隙宽度增加,机体表面最高温度升高。随缝隙倒圆角半径增加,机体表面最高温度降低。随缝隙台阶高度增加,台阶正差时机体表面最高温度升高,台阶逆差时机体表面最高温度降低。     

嫦娥四号着陆点区域高分辨率数字高程模型构建

嫦娥四号登月探测器成功着陆于冯·卡门撞击坑内,实现了人类历史上首次月背软着陆。嫦娥四号登月探测器着陆区的高分辨率数字高程模型(DEM)对后续任务顺利开展至关重要,着陆点区域的三维地形可为月球探测提供关键空间信息支撑,但在嫦娥四号着陆点区域,月球轨道激光高度计生成的DEM/LOLA DEM分辨率仅有30 m,未见公布高分辨率DEM。基于高分辨率的月球勘测轨道飞行器窄角相机(LROC NAC)影像,利用摄影测量法和阴影恢复形状方法(SFS)针对嫦娥四号着陆点区域,生成了着陆点区域的高分辨率DEM。结果表明,SFS法生成的DEM分辨率更高,重建的地形更加精细。     

叶片翼型结冰形态及其气动特性

针对风力机叶片翼型形状对结冰过程的影响及其导致的气动特性变化问题,采用欧拉法及热传质原理构建叶片结冰过程的数学模型并进行数值模拟分析。以NH02系列翼型族为例,建立翼型曲率特征模型,研究叶片关键参数如最大厚度对结冰量的影响机制,预测了某翼型在不同工况下的冰形及位置,探究了干净与结冰翼型的升、阻力特性变化规律。结果表明,结冰量与叶片的相对厚度及最大相对厚度所在位置呈正相关性;结冰导致升力系数变化范围为5%～20%,阻力系数为干净翼型的1.4～2.45倍;结冰致使翼型失速迎角变小,翼型提前进入失速状态。