超精密微牛级微波离子推进技术及其在卫星超精度控制中的应用研究

空间技术的快速发展使得利用空间卫星的编队飞行构建大型空间星座成为可能，在引力波探测、射电望远镜编队、星座组网等任务方面具有重要作用。超精度控制是实现卫星高精度编队飞行的关键技术。推进系统是实现卫星编队长期高度稳定飞行的保证，从而实现内部科学装置的正确运行。不同于常规的推进系统，卫星精密编队超精度控制对推进系统的推力可调范围、分辨率、响应时间、推力的一致性等有着极高的要求。根据卫星精密编队任务需求，对微牛级推进系统的功能及技术要求进行了分析，提出了基于M2微波离子推力器的卫星超精度控制推进系统。阐述了M2超精密微牛级推进系统的关键技术和研究进展，为后续M2推力器在无拖曳控制方面的应用奠定了基础。     

基于改进灰狼优化算法的涡扇发动机性能/喷流噪声综合优化控制研究

为保证整个飞行过程中满足噪声适航标准和飞行器的安全性,需要按照最严苛的噪声要求进行发动机设计,并留有很大的安全裕度,因而导致发动机的性能潜力未能得到发挥。本文对传统灰狼算法进行了改进,提出自适应概率变异策略,在优化过程中调整狩猎模式,提升了算法的全局搜索能力;基于该算法开展涡扇发动机性能/喷流噪声综合寻优控制研究,根据不同飞行需求对航空发动机性能进行优化,获得最佳控制量,在满足安全性和噪声指标的同时,提高发动机的性能。仿真结果表明,改进后的算法具有更好的全局寻优性能,最大推力模式下可提升推力13.45%,最小油耗模式可降低油耗3.19%,最低涡轮前温度模式可降低涡轮前温度2.07%。     

Modeling novel methodologies for unmanned aerial systems–Applications to the UAS-S4 Ehecatl and the UAS-S45 Bálaam

The rising demand for Unmanned Aerial Systems(UASs) to perform tasks in hostile environments has emphasized the need for their simulation models for the preliminary evaluations of their missions. The efficiency of the UAS model is directly related to its capacity to estimate its flight dynamics with minimum computational resources. The literature describes several techniques to estimate accurate aircraft flight dynamics. Most of them are based on system identification. This paper presents an alternative methodology to obtain complete model of the S4 and S45 unmanned aerial systems. The UAS-S4 and the UAS-S45 models were divided into four sub-models, each corresponding to a specific discipline: aerodynamics, propulsion, mass and inertia, and actuator. The‘‘aerodynamic" sub-model was built using the Fderivatives in-house code, which is an improvement of the classical DATCOM procedure. The ‘‘propulsion" sub-model was obtained by coupling a two-stroke engine model based on the ideal Otto cycle and a Blade Element Theory(BET) analysis of the propeller. The ‘‘mass and the inertia" sub-model was designed utilizing the Raymer and DATCOM methodologies. A sub-model of an actuator using servomotor characteristics was employed to complete the model. The total model was then checked by validation of each submodel with numerical and experimental data. The results indicate that the obtained model was accurate and could be used to design a flight simulator.     

面向空中交通节能减排的真空速估算模型

为了实现终端区内空管单位燃油消耗的有效评估,结合综合航迹数据采用数据挖掘技术,提出一种基于航迹数据的终端区真空速的估算模型.首先应对综合航迹数据处理,提出了对综合航迹处理的方法;通过在中国气象数据网上获取机场上空风的数据,利用插值法建立机场上空风场的模型;分析航行速度三角形,推导出真空速计算模型.最后分别以离场和进场的QAR数据,用Matlab对真空速进行仿真估算.结果表明:方法能够有效地利用综合航迹数据进行真空速的估算.     

面向客机总体设计的涡扇发动机分析模型

建立一种用于估算涡扇发动机特性的工程分析模型，该模型以涡喷发动机推力估算模型与涡扇发动机效率分析方法为基础，引入高涵道比涡扇发动机的循环分析方法进行修正。利用该模型可以获取涡扇发动机的推力和油耗特性，进而考察总体循环参数对发动机性能的影响。通过与文献验证数据对比，判定了分析模型的精度。该模型只需要输入少量参数就可以快速完成计算过程，适合于飞机总体设计阶段，可以评估涡扇发动机参数对飞机性能的影响。     

国内外先进推进技术发展综述

航天运输领域发展的核心目标包括提高运载能力、降低发射成本及减少发射准备时间等。相对于传统的化学推进技术,先进推进技术采用新能源或新机理,旨在从根本上满足未来对有效载荷、发射成本和发射周期的要求。对国内外组合动力装置、核聚变动力推进、离子推进、激光推进、核子脉冲推进、太阳帆推进、磁场帆推进、布萨德喷气推进、反物质推进等先进推进技术的研究进展进行综述和可行性分析,并给出了发展启示。     

对空间碎片近距随遇悬停的控制方法及悬停燃耗分析

对空间碎片检视或抓捕操控中的悬停控制及燃耗问题进行了研究。通过C W方程，建立任务星近距随遇定点悬停控制模型，通过设计状态反馈控制器分析定点悬停的可控性以及推控要求，结果表明近距悬停需要与悬停位置相关的两个正交方向上的常值连续推力控制量，以及用于抵抗扰动的三轴向上的反馈变推力控制量。分析了近距随遇悬停的推控分系统配置，建立了长时近距随遇悬停的燃耗及燃耗速率的数学模型，最后分析了既满足安全距离需求、又满足悬停方位需求的最小悬停燃耗模型。     

空间碎片能量转化利用技术

针对目前空间碎片问题，提出空间碎片发动机概念，立足于使用捕获到的空间碎片，转化为发动机可用的推进剂。在完成碎片清理目标的同时，获得可持续的动力来源，延长清理器的工作寿命。针对空间碎片制粉的方法进行研究，提出使用球磨仪对金属样本进行研磨。使用转刀式粉碎机对非金属材料进行粉碎。通过实验发现，多数粉末粒径达到微米量级。针对空间碎片粉末推进方式进行研究，提出使用静电加速推进方式对粉末进行加速。空间碎片发动机虽然起源于空间碎片清理任务，但是可持续的推进剂供应，也将为小行星探测等任务提供更好的思路。     

低速大转矩永磁游标电机在发酵罐中的应用

采用秸秆生产丁醇时,为了达到高效率发酵,需要使发酵液中菌体分布均匀,所加物料需要及时搅拌。工业化生产丁醇的发酵罐尺寸较大,搅拌过程对驱动电机的输出转矩要求较高,因此高效率、小体积、低速大转矩的秸秆发酵搅拌电机对工业化发酵生产丁醇意义重大。设计了一种定转子永磁游标电机用于发酵液搅拌,并对电机的槽极数、电磁性能进行了具体的研究。制造样机并采用滞环控制实现了对液态发酵对象的快速响应,且实现了低能耗、高效率的发酵过程。     

镁合金绿色高效焊接技术研究进展

镁合金是航空航天领域应用最为广泛的轻合金之一.随着镁合金应用的不断深入,对具有高精度、低能耗、高效率特征的绿色焊接技术提出了迫切需求,并成为镁合金焊接制造发展的重要方向.针对上述需求,围绕镁合金激光诱导电弧复合焊接技术,镁合金活性高效焊接技术以及镁合金与异种金属的连接技术展开系统研究.采用激光诱导电弧复合焊接技术成功实现了镁合金低能耗高效焊接制造,与传统电弧焊接相比显著提高了焊接制造效率,降低了焊接制造能耗.采用激光胶焊技术及激光-电弧复合焊接技术实现了镁合金与铝合金及镁合金和钢铁的高性能焊接制造.上述绿色焊接制造技术研究成果为实现航空镁合金轻量化结构件的设计和制造提供了有力支撑.