航天员出舱牵引构型设计与结构响应性能评估

针对航天员出舱过程所用安全绳锁挂频繁的问题，进行了安全高效的航天员出舱牵引系统构型设计，可作为太空行走的辅助导向装置。基于材料结构弹塑性力学方程与含应变耦合项的热传导方程，推导结构热力响应可计算数学模型，利用Newmark方法以及Crank-Nicolson数值格式分别对热弹性方程和热传导方程进行时间域上的离散，构造金属结构响应无条件稳定隐式有限元格式，搭建了温度场与位移场相互影响热力耦合有限元算法(FEM)性能评估软件系统，以此对牵引系统的导轨进行热力耦合数值计算，得到在太阳辐射外热流载荷作用下具有较强抗变形能力的结论。计算了航天员采用牵引系统出舱时对导轨产生的拉力，并借助ANSYS Workbench对导轨进行静力学求解，验证了该牵引系统具备结构强度可靠性，可为空间站建设舱外作业平台提供重要理论分析依据与设计参考。     

总收缩比对RBCC进气道影响数值研究

为研究火箭基组合循环发动机（Rocket Based Combined Cycle，RBCC）进气道隔离段内激波串传播规律，利用数值模拟研究分析了在高、低反压作用下总收缩比变化对激波串驻留位置及流动分离区范围的影响，并进一步开展了总收缩比对进气道气动性能影响的仿真研究。研究结果表明：在承受额定反压作用下，进气道总收缩比存在临界值，在临界值下提高总收缩比能显著增强进气道抗反压能力，并影响激波串驻留位置。在临界值上提高总收缩比对进气道抗反压能力无明显作用，进气道流动状态不受总收缩比变化的影响。此外，提高总收缩比能显著提高被捕获冲压空气流所承受的压缩程度，但会承受额外的空气流量损失和气动阻力。     

400 kW空间堆布雷顿循环系统运行特性分析

针对百千瓦级大功率航天任务需求,基于Simulink平台开展空间核反应堆直接布雷顿循环系统特性分析研究。根据直接布雷顿循环反应堆系统设计方案,通过对系统中各个关键设备的模块化建模,开发反应堆系统一维系统分析程序,实现了反应堆系统稳态及动态响应特性分析。重点分析了稳态特性、阶跃引入反应性、反应堆升功率和持续步进引入反应性等瞬态工况下的动态特性。相关模拟结果能够为未来大功率空间反应堆运行及安全特性分析提供支撑。     

单轨火箭橇在轨动力特性数值分析

为系统性分析火箭橇在轨动力特性，采用三维Eluer-Bernouli梁单元对火箭橇系统进行离散，通过重构生成长程不平顺轨建立考虑轨道不平顺及滑靴磨损的靴轨非线性接触力模型，由Newmark-β结合Newton-Raphson局部迭代求解非线性动力学方程获得火箭橇在轨动力特性数值解，并通过试验验证，计算结果表明：马赫数为2的速度下火箭橇质心竖向过载峰值约为2 700g；火箭橇在轨占空比与航向速度成正比，马赫数为2的速度下竖向火箭橇在轨占空比为16%；高速段滑靴磨损量占全弹道磨损量的84%，靴轨单次接触磨损量与航向速度3次方成正比。     

Statistical analysis of the occurrence rate of geomagnetic storms during solar cycles 20–24

This study examines the occurrences rate of geomagnetic storms during the solar cycles (SCs) 20–24. It also investigates the solar sources at SCs 23 and 24. The Disturbed storm time (Dst) and Sunspot Number (SSN) data were used in the study. The study establishes that the magnitude of the rate of occurrences of geomagnetic storms is higher (lower) at the descending phases (minimum phases) of solar cycle. It as well reveals that severe and extreme geomagnetic storms (Dst < -250 nT) seldom occur at low solar activity but at very high solar activity and are mostly associated with coronal mass ejections (CMEs) when occurred. Storms caused by CME + CH-HSSW are more prominent during the descending phase than any other phase of the solar cycle. Solar minimum features more CH-HSSW- associated storms than any other phase. It was also revealed that all high intensity geomagnetic storms (strong, severe and extreme) are mostly associated with CMEs. However, CH-HSSW can occasionally generate strong storms during solar minimum. The results have proven that CMEs are the leading cause of geomagnetic storms at the ascending, maximum and the descending phases of the cycles 23 and 24 followed by CME + CH-HSSW. The results from this study indicate that the rate of occurrence of geomagnetic storms could be predicted in SC phases.     

On the time lag between solar wind dynamic parameters and solar activity UV proxies

The solar activity displays variability and periodic behaviours over a wide range of timescales, with the presence of a most prominent cycle with a mean length of 11 years. Such variability is transported within the heliosphere by solar wind, radiation and other processes, affecting the properties of the interplanetary medium. The presence of solar activity–related periodicities is well visible in different solar wind and geomagnetic indices, although their time lags with respect to the solar cycle lead to hysteresis cycles. Here, we investigate the time lag behaviour between a physical proxy of the solar activity, the Ca II K index, and two solar wind parameters (speed and dynamic pressure), studying how their pairwise relative lags vary over almost five solar cycles. We find that the lag between Ca II K index and solar wind speed is not constant over the whole time interval investigated, with values ranging from 6 years to $～$1 year (average 3.2 years). A similar behaviour is found also for the solar wind dynamic pressure. Then, by using a Lomb-Scargle periodogram analysis we obtain a 10.21-year mean periodicity for the speed and 10.30-year for the dynamic pressure. We speculate that the different periodicities of the solar wind parameters with respect to the solar 11-year cycle may be related to the overall observed temporal evolution of the time lags. Finally, by accounting for them, we obtain empirical relations that link the amplitude of the Ca II K index to the two solar wind parameters.     

变循环发动机风车起动建模及仿真研究

为了满足变循环发动机风车起动性能仿真的需求，建立了变循环发动机部件级风车起动模型。针对旋转部件等熵效率不连续的问题，提出使用换算扭矩代替等熵效率的方法，给出了旋转部件全转速特性拓展方法。提出了考虑点火及燃烧稳定性的燃烧室稳定性模型。考虑了变循环发动机的8个可调参数，采用差分进化算法对变循环发动机的风车及风车起动性能进行了优化。结果表明，风车状态时，变循环发动机在单外涵模态具有更高的核心机物理转速，有利于点火之后核心机物理转速快速趋于其慢车值。单外涵模态时，变循环发动机在风车状态的可调参数仅与飞行马赫数有关，为了保持较高的核心机物理转速，后涵道引射器外涵面积需随飞行马赫数的增加而减少，其余参数皆固定在其最佳值。飞行高度6km、马赫数0.8时，变循环发动机在单外涵模态下的风车起动时间为1.4s。风车起动过程中燃油流量的增长主要受燃烧稳定性所约束。通过对可调参数的优化，可使变循环发动机在风车起动过程中的关键性能参数最大程度的逼近其限制值，从而减少风车起动时间。     

电动膨胀循环液氧甲烷变推力发动机动态特性研究

电动泵压式液体火箭发动机受到了广泛的关注，然而电池有限的输出功率和过于沉重的质量成为限制电动泵压式发动机发展的重要因素。为此本文提出了一种电机驱动燃料泵和涡轮驱动氧泵的电动膨胀循环液体火箭发动机方案，并着重研究了该型发动机的动态响应特性。首先给出了20 kN级电动膨胀循环发动机的技术指标和部组件参数，进一步基于AMESim平台建立了全系统动力学模型，验证了方案的可行性和部组件动力学模型的准确性，并深入研究了单点工况和调节工况的动态响应特性。结果表明，针对启动过程而言，涡轮泵调整时间较电动泵长，这降低了系统响应速度，但工况越高，系统响应速度越快；高工况启动时，甲烷在冷却通道内的剧烈相变和跨临界状态的不连续物性相互耦合易引发系统振荡；就调节过程而言，推力调节时普遍存在超调或凹坑现象，且系统在两相同工况之间调节时，正调响应速度快于负调，这也导致阶跃幅值相等条件下的系统调整时间随目标工况升高而缩短。     

全动翼面间隙非线性气动弹性响应分析

战斗机全动翼面操纵系统中普遍存在间隙，其非线性特性不但影响系统地面振动试验数据的有效性，而且可能导致飞行器气动弹性稳定性边界产生偏差，因此有必要开展考虑间隙非线性的气动弹性响应分析研究。以全动翼面旋转方向间隙为研究对象，基于虚拟质量法线化模态振型，建立一组可以表达整个响应域变形的统一模态振型；采用有理函数拟合，将频域非定常气动力转换到时域；研究分析不同间隙参数对应的极限环响应特性。结果表明：当全动翼面结构系统中存在间隙时，在低于线性颤振边界的特定飞行区域，翼面会出现非线性极限环振荡现象，间隙参数会影响极限环振荡幅值、频率以及限环振荡的进入临界速压和发散临界速压。     

外燃波转子压力交换技术发展综述

外燃波转子利用端口启闭触发形成的非定常压力波来进行高效能量转换，具有广泛的应用前景。本文分析了外燃波转子内部流场的典型结构，回顾了国内外性能试验的重要成果，总结了其用于燃气轮机增压的优势与挑战。指出在端口渐开渐闭、转静间隙泄漏、离心力与科氏力加速、固体壁面传热等的影响下，流场结构呈现多维特征，且形成的泄漏损失占比最大；在模型试验条件下，可以获得15%~30% 的压力收益，以及70%~85% 的压缩效率；与燃气轮机联合使用时，具有通流自冷却、稳态性能突出、动态响应优异、尺寸效应不明显等优点，但需要攻克紧凑式总体结构设计、高性能外燃波转子设计、宽工况波系结构控制、低损失过渡段设计、复合损失抑制等难题。