基于飞/发一体化的Ma=8~10飞行器任务性能快速评估与分析

针对典型飞行马赫数Ma=8~10高超声速飞行器/超燃冲发动机一体化构型,建立了飞/发性能一体化模型,可以快速评估飞行器气动力、发动机性能和飞行任务性能。对比了在起始推重比为0.3、0.4、0.5和0.6下的飞行器飞行性能,以燃料消耗最小为目标,基于飞/发性能一体化模型,利用MATLAB优化工具箱中的序列二次规划（SQP）算法,得到了该飞行器的最优起始推重比为0.422。给出了Ma=8~10飞行器/发动机的概念方案总体参数,在载荷质量为1 000 kg下,飞行器总质量为5 943 kg,发动机推力为2 505 daN。该飞行器在攻角范围为4.1°~3.8°下总的飞行时间为489 s,飞行距离为1 360 km。     

国际行星保护政策解读与技术前瞻

随着人类空间探测范围的不断拓展,行星保护成为人类后续深空探测必须要面临的一个重要问题。从行星保护的概念入手,对其研究背景以及美国、欧洲、俄罗斯等国目前相关的研究进展做了简要介绍,涉及了政策制定、标准规范、污染防控、技术体系等各个方面。载人深空探测过程中各个环节都可能存在污染源,必须针对性地开展保护和防护技术研究;深入研究国际行星保护政策、法规和技术体系,对于我国后续开展相关研究具有很好的参考和借鉴意义。     

Water movement on the convex surfaces of porous media under microgravity

A plant growth system for crop production under microgravity is part of a life supporting system designed for long-duration space missions. A plant growth in soil in space requires the understanding of water movement in soil void spaces under microgravity. Under 1G-force condition, on earth, water movement in porous media is driven by gradients of matric and gravitational potentials. Under microgravity condition, water movement in porous media is supposed to be driven only by a matric potential gradient, but it is still not well understood. We hypothesized that under microgravity water in void spaces of porous media hardly moved comparing in void spaces without obstacles because the concave surfaces of the porous media hindered water movement. The objective of this study was to investigate water movement on the convex surfaces of porous media under microgravity. We conducted parabolic flight experiments that provided 20–25?s of microgravity at the top of a parabolic flight. We observed water movement in void spaces in soil-like porous media made by glass beads and glass spheres (round-bottomed glass flasks) in the different conditions of water injection under microgravity. Without water injection, water did not move much in neither glass beads nor glass spheres. When water was injected during microgravity, water accumulated in contacts between the particles, and the water made thick fluid films on the particles surface. When the water injection was stopped under microgravity, water was held in the contacts between the particles. This study showed that water did not move upward in the void spaces with or without the water injection. In addition, our results suggested that the difficulty of water movement on the convex (i.e. particle surfaces) might result in slower water move in porous media under microgravity than at 1G-force.     

编队飞行卫星群相对轨道测量研究

编队飞行卫星群自主式相对轨道测量和确定是绕飞轨道的关键技术之一,考虑了利用星敏感器和雷达以及利用GPS(Global Positioning System)信号来进行相对定轨的传统方式,提出了基于伪卫星技术的定轨方案.伪卫星技术指在卫星上安装载波发生器和接收器,利用这些装置来进行卫星间的距离测量.在这些方案中,应用了差分GPS技术,采用优化方法求解多元非线性方程.这些测量方法分别适应于不同的情况.利用相对轨道要素的概念,在前面测量结果的基础上,通过卡尔曼滤波进一步提高了定轨精度.仿真计算表明这些方案可以满足不同尺度编队构型保持要求,并给出了部分结果.     

大飞行包线控制律的神经网络调参设计

对于具有大飞行包线的现代电传飞行控制系统,给出了一种3层BP(Back Propagation)神经网络代替传统的根据动压、高度或马赫数单一调参的控制律,解决了大飞行包线内控制参数复杂、单一调参无规律性、在全飞行包线上特别是在平衡点之间的飞行状态的稳定性无法保证等问题.通过离线训练,得出了一组隐层只有6个节点的网络结构参数,输出为各平衡点设计的最优鲁棒反馈增益.利用该网络实现了大飞行包线的根据高度和马赫数的双参数增益调参.仿真表明,利用该神经网络可以保证在所有平衡点上原设计的最优反馈增益不变,响应过程不变,同时可以细化平衡点之间的控制参数,在较大建模误差(约50％)和平衡点间也可以具有较好的控制效果.     

惯性颗粒在非均匀加速流中的输运问题

基于新型碳基颗粒增强或碳基纤维材料的再入体热烧蚀问题对飞行器的气动力/热性能影响机制尚不明确。初步研究不考虑化学反应和气体引射效应,把热烧蚀问题中的颗粒剥离问题模化为驻点流中的离散颗粒启动问题。由于高速气流在驻点温度达上万度量级,局部马赫数接近于0,研究近似假设靠近壁面的流体动力学为不可压缩的,并使用不可压缩颗粒解析的直接数值模拟方法（PR-DNS）研究一个惯性颗粒在平面挤压流和壁面驻点流中的动力学,从而揭示在驻点流中的颗粒输运机制。研究发现颗粒在壁面驻点流中的输运机制是水平输运,几乎没有垂直输运,与平行剪切颗粒床输运非常不同,这是驻点流特有的垂直向下挤压作用导致的。     

推力协同的大柔性飞行器纵向姿态控制

为了研究大柔性飞行器飞行/结构耦合动力学特性,提出了改进的面向控制的大柔性飞行器多体模型,开展了大柔性飞行器纵向动力学耦合特性分析与推力协同下纵向姿态控制律设计。采用二面角动态近似描述大柔性飞行器结构动力学特征,并推导了纵向耦合动力学模型。根据改进模型在配平点处的线性化模型,分析了飞行/结构耦合系统的纵向稳定性与结构变形量之间的关系。针对大柔性飞行器姿态稳定与跟踪,设计了纵向姿态控制器。与常规飞行器相比,大柔性飞行器飞行过程中会发生大变形,当载荷较大时,配平构型近似“U”形,此时纵向动力学具有长周期不稳定的特征。分析结果表明:大柔性飞行器各模态之间的耦合程度随着变形的增大而增大。此外,纵向姿态控制需要升降舵与推力协同控制速度和俯仰角并且考虑结构动力学的影响,否则飞行/结构的耦合作用会导致姿态跟踪误差衰减缓慢甚至发散。      

中心分级多点直喷燃烧室冷态流动特性研究

为了探究中心分级多点直喷燃烧室流动特性,采用试验和数值模拟方法分别对固壁边界条件、周期性边界条件和带发散小孔冷却共三种燃烧室模型在冷态条件下的流动特性进行了研究,分析了周期性边界条件下冷却空气与核心区旋流空气的相互作用过程,获得了边界条件和发散小孔冷却对流动特性的影响规律。结果表明：在固壁边界条件下,角回流区(CORZ)均匀分布在四周壁面处,并能够在副模下游形成稳定的中心回流区(CTRZ),而且主副模相互作用较小,有利于小工况下的火焰稳定;在周期性边界条件下,上下壁面处角回流区明显增大,抑制了中心回流区的发展,最终形成了两个较小的中心回流区;增加发散小孔冷却后,冷却空气抑制了角回流区的发展,角回流区尺寸明显变小,形成了更大的中心回流区。结果亦表明为了更准确的理解燃烧室内的流动特性,在试验和数值计算过程中需要考虑壁面边界条件和冷却空气对核心区流场的影响。     

基于试飞数据的航空发动机状态监测与故障诊断

在航空发动机飞行试验阶段,发动机技术状态变化快、故障频发,为了实时监控发动机工作参数变化情况,快速及时地预测并诊断发动机故障,本文研究了试飞数据驱动的航空发动机状态监控与故障诊断技术。文章基于实际试飞数据建立了航空发动机ANN-NARX参数预测模型,考虑到建模样本量大、模型结构复杂、训练时间长、输入输出延迟等因素,采用遗传算法对模型的最小数据样本需求和结构进行了改进优化,并利用蒙特卡洛方法确立了参数预测模型的自适应告警门限,同时基于构建奇偶空间残差模型实现了航空发动机典型故障诊断。结果表明：实际试飞中只需有限架次试飞数据的训练学习,即可得到发动机参数预测模型,高压转子转速、压气机后压力、涡轮后总温及滑油总回油温度预测相对误差最大值分别为：1.0%、1.7%、0.2%和1.2%,综合模型建模误差和参数测量误差后的自适应告警门限有效降低了模型预测结果的不确定性,在已有数据样本集上的典型故障识别率达到95.2%。     

脉冲星导航试验卫星科学观测数据分析

脉冲星导航试验卫星是我国发射的一颗专用试验卫星.经过4个多月的在轨观测,该卫星已成功获取了大量观测数据.介绍利用该卫星搭载的掠入射聚焦型X射线探测器在近4个月中对PSR B0531+21获得的观测数据第一批处理结果.本文详细阐述掠入射聚焦型X射线探测器的观测模式,给出脉冲星观测数据的处理方法以及脉冲星参数的拟合过程,利用基于第一手观测数据的脉冲星精化参数验证掠入射聚焦型探测器在轨工作性能,得以回答使用国产X射线探测器是否能够“看得见”脉冲星问题.