新一代高通量卫星通信系统载荷关键技术研究

随着商业竞争的不断加剧,更大容量以及更高灵活性成为了高通量(high throughput satellite,HTS)系统发展的主要目标,新一代的HTS系统即将进入到"Tbps"时代.在介绍HTS系统基本概念及组成的基础上,对HTS系统的发展历程进行了简要总结,按照能力和发展时期,HTS卫星的发展历程大致可划分为四代.重点结合新一代HTS系统的发展,从卫星载荷角度分析了高通量卫星载荷的关键技术,主要包括能够大幅提升系统通信容量的超大规模高性能多波束天线技术,能够提高组网及业务应用灵活性的跳波束通信技术、灵活载荷技术、数字透明转发处理技术以及能够优化系统和载荷设计的波束预编码技术和基于微波光子的星上转发技术等,旨在为我国新一代HTS系统的建设发展提供参考.     

热声载荷作用下薄壁结构的非线性响应特性

 高速飞行器面临着严酷的高温强噪声环境。温度载荷不仅使结构产生热应力,还会改变材料的物性参数,这使得薄壁结构在宽频噪声激励下具有复杂的运动形式,表现出强非线性特性,严重影响了结构的疲劳寿命。针对热声载荷对结构非线性特性的影响,建立了热声载荷下的非线性大挠度偏微分控制方程,对偏微分方程使用Galerkin法得到了模态坐标下的常微分方程组。计算了四边简支矩形钛合金板在不同温度和声压级(SPL)组合下的动态响应,得到了典型的热声响应运动形式,包括屈曲前的线性随机振动、屈曲后的跳变运动和围绕一个平衡位置的随机振动。通过分析方程中的恢复力项和响应的功率谱密度(PSD)随着温度和SPL的变化规律,对热声响应的非线性特性进行了研究。研究结果表明,热载荷和声载荷对响应非线性特性的影响方式不同:热载荷改变结构刚度特性曲线的形状,以临界屈曲状态的刚度为参照,屈曲前降低结构刚度,屈曲后增加结构刚度;噪声载荷使得结构工作在刚度曲线的不同区域,以不受载荷时的结构刚度为对照,强噪声载荷引起的持续跳变使得结构工作在硬化区域,间歇跳变时结构工作在软化区域。     

舷外有源诱饵降落伞载荷运动仿真

对火箭发射降落伞悬降方式的舷外有源诱饵的载荷运动进行了分析。在此分析的基础上,通过在2个正交铅垂平面上的分解,建立了载荷运动的数学模型,描述了在2个正交铅垂平面上降落伞—载荷连线相对于铅垂线的角运动。利用Simulink进行了单个铅垂平面上的角运动的仿真和2个正交铅垂平面上的角运动的综合仿真。     

电磁线圈发射器垂直发射过程建模与仿真

根据同步感应线圈发射器工作原理,建立了用于垂直发射大载荷的电磁线圈发射器数学模型;以5级发射器为例,对其垂直发射过程进行了动态仿真,得到了放电回路中的电流、发射组件所受电磁力、速度及位移等参数随时间变化的特性曲线。结果表明:电磁线圈发射器(EMCL)垂直发射大载荷过程中载荷的加速过程比较平稳,电流的变化率相对较缓,为几十ms量级;发射组件速度对自身所受电磁力影响较大,随着速度增大,发射组件受到的电磁推力有所下降;随着驱动线圈级数增多,各级驱动线圈放电控制难度加大。但相比电磁线圈炮的超高速发射,EMCL用于低速发射大载荷过程的馈电控制要简单很多。     

基于弹簧-悬臂梁模型最小变形能的气动载荷分配方法

在进行气动载荷到结构载荷转换时使用弹簧-悬臂梁模型来代替悬臂梁模型,解决了如果气动载荷点与部分结构节点重合则会导致难以求解的问题,载荷分配结果符合“近大远小”的规律,且分配前后完全符合等效性。研究了模型参数对载荷分配结果的影响,讨论了利用悬臂梁与弹簧刚度比,刚度与目标点距离的比来控制分配结果的方法。另外,讨论了使用构造函数代替物理模型的方法。     

纤维缠绕球形贮箱刚度分析

对纤维缠绕球形贮箱在外压、内压和温差等作用下,进行应力、变形和稳定性等结构刚度分析。结果表明,与金属材料贮箱相比,纤维缠绕球形贮箱具有显著的刚度约束条件,如临界卸载内压和临界温差等。纤维缠绕球形贮箱在按强度要求进行结构设计和分析的基础上,还需校核刚度约束条件。为此,提出了纤维缠绕球形贮箱结构稳定性的各类临界载荷包括外压、卸载内压和温差等的计算公式及判据,为结构方案设计和研制的试验提供参考。     

基于CDM的开口复合材料层合板结构损伤问题研究

为研究含开口复合材料层合板结构在面内载荷作用下的损伤破坏问题,基于CDM基本原理,从平面应力状态下的Gibbs自由能出发,建立描述复合材料层合板结构层内断裂破坏的二维渐进损伤关系;基于ABAQUS材料用户子程序,将上述渐进损伤关系与二维Hashin失效准则相结合,开发复合材料损伤本构模型,并对含开口复合材料层合板结构在拉伸载荷作用下的破坏过程进行数值模拟;通过与文献试验数据的对比,证明该模型在平面拉伸载荷状态下可以有效预测含开口层合板结构的损伤起始与扩展过程,对层合板强度的预测误差较小。应用上述模型对三种不同开口类型层合板结构在剪切载荷作用的下损伤、破坏分析,结果表明：对于相同面积的开口,不同的开口类型会导致层合板抗剪强度产生较大的差异;而在铺层相同情况下,椭圆形开口层合板的剪切强度相对较高。     

民机全机有限元计算方法研究

全机有限元内力计算是飞机机体结构强度评定的输入条件,从全机有限元内力计算用载荷、方案、结果检查三方面对全机解方法进行了研究。遵循该思路,分析所得到的内力解可以有效的用于后续工作,供结构强度等专业设计分析使用。     

不同几何调节位置上的单边膨胀喷管流固耦合计算

为了获得高超声速飞行器非设计点上较好的性能,包括单边膨胀喷管(SERN)在内的几何可调方案成为了目前研究的热点,针对单边膨胀喷管开展了流固耦合的研究,重点分析流固耦合中的动态载荷问题,不考虑结构传热及重力的影响,对不同几何调节位置上的SERN开展了计算分析.结果表明在不同位置上,SERN唇口板均出现了超声速颤振.通过进一步分析,获得结论如下:(1)唇口板振动特点主要由材料属性和结构决定;(2)唇口板在不同调节位置上,振动频率大致均为结构的一阶振动频率,喷管升力的振荡范围较喷管推力的振荡范围大;(3)随着唇口板角度的增加,唇口板振幅增大.     

超燃冲压发动机主被动复合热防护系统方案设计思考

针对当前超燃冲压发动机热防护技术面临的困境,为了突破更高飞行马赫数下的热障限制,提出了一种采用冷却剂与被动材料共同承担热载荷的主被动复合热防护技术。分析了主被动复合热防护技术的设计内涵及总体设计原则,讨论了被动层承担的热载荷和被动复合材料的导热系数、厚度之间的关系,并以C/SiC作为被动复合材料,对比分析了主被动复合热防护方案的优势。研究表明,当C/SiC厚度为4mm时,大致可将马赫数为6.5,当量比0.5工况下的热流密度降低42%。 