丙烯环路热管补偿器的可视化实验研究

通过采用石英补偿器和高速摄像机实现了对丙烯环路热管补偿器的可视化实验研究，重点研究了补偿器内工质的状态随充装量和传热量的变化及充装量对环路热管传热性能的影响。研究发现，容积为51.4 mL的环路热管最佳充装量约为19.7 g。充装量小于最佳充装量的各工况下，能观察到对应补偿器内工质液面高度低于引流管，蒸发器和补偿器之间相变换热强烈，引流管外壁面明显有工质的冷凝及流动，且工质冷凝和流动的速度随着传热量的增加而加快；随着充装量增加，环路热管传热热阻减小，280 K工作温度以下的传热量增大。最佳充装量对应的补偿器内液面高度浸没引流管而接近蒸发器核心通道顶端，得到280 K以下最大传热量为40 W，对应的最优传热热阻为2 K/W。充装量大于最佳充装量的工况下，补偿器内液面高度超过蒸发器核心顶端，随着充装量增加，环路热管传热热阻增大，280 K以下的传热量减小。补偿器和蒸发器核心通道内的工质分布能影响蒸发器向补偿器的漏热量，这是充装量影响环路热管性能的重要原因。      

基于Lattice-Boltzmann方法的多孔介质真空绝热特性

作为真空绝热板的芯材,多孔介质微尺度空间形貌结构及物性参数对其绝热性能影响较大。为研究多孔介质真空下的导热性能,选择颗粒状、纤维状和泡沫状3种典型多孔介质材料,并基于Lattice-Boltzmann(LBM)提出了一种随机构造多孔介质物理模型的方法。模型中重要参数结合多孔介质电镜扫描图像处理获取。采用D3Q15LBM模型进行数值模拟,并分析了真空度及颗粒/纤维/泡孔等效直径对导热系数的影响规律。模拟与实验的对比结果揭示了多孔介质真空下的导热系数随真空度及多孔介质物性参数的变化规律。     

阵列射流冲击复合不同肋化表面的沸腾特性

阵列射流冲击冷却技术可以有效地解决高热流密度器件的散热问题，为了验证受冲击表面强化传热结构对优化两相射流冷却性能的有效性，结合高速显微摄像手段，研究了不同肋化表面结构形态对受限式阵列射流冷却的流动、传热特性的影响。设计了2种含不同肋化表面形态:光滑切割针肋（0.6 mm×0.6 mm×1.0 mm）、外覆多孔烧结层的粗糙针肋（粒径为73~53 μm）。实验使用无水乙醇为工质，以光滑表面的射流冷却热沉为对照组，入口温度均为20℃，在固定工质流量7.5 mL/s下，随着加热热流密度由5 W/cm2增加至100 W/cm2时，热沉的换热系数均持续上升但增幅逐渐减小，未明显观察到沸腾相变的发生。对固定热流密度82.6 W/cm2、80.5 W/cm2改变工质流量（射流雷诺数）的实验工况，当工质流量由7.5 mL/s逐渐降低至1.0 mL/s时，可以非常明显地观测到射流腔内部工质由分层湍流逐步进入泡状流、弹状流及环状流，其分别对应起始沸腾区、核态沸腾区及膜态沸腾区。      

星载辐射计扫描镜太阳辐射热-结构建模与仿真

三轴稳定卫星平台搭载的光学有效载荷都存在午夜太阳辐射干扰问题,由此产生的热变形效应对光学系统的成像品质影响显著.采用复杂外热流近似建模技术,以及多软件耦合有限元仿真方法,以FY-4卫星的扫描辐射计为应用背景,研究了昼夜太阳辐射对星载辐射计扫描镜产生的热效应,并对不同热设计条件下的工况进行了对比分析.分析结果显示:扫描镜侧面及背面的热控涂层选取对其热变形有重要影响,但是仅仅通过热设计解决温度波动和热变形的矛质是不够的,需要通过改进扫描镜的材料和优化光机结构加以改善.     

区间卡尔曼滤波算法在高动态导航的研究

针对卡尔曼滤波算法中动力学系统模型以及噪声模型不能精确已知,导致卡尔曼滤波算法在实际中不能实现最优估计.首先分析了传统卡尔曼滤波算法中各种误差源的影响,以及区间矩阵运算的影响,经分析得到,区间运算可以保证集合映射的完全性,但不能体现最优化.通过分析,本文提出了一种新型的区间卡尔曼滤波,将各种误差源归约到先验估计值区间和后验估计值区间中,然后将区间交集运算应用于卡尔曼滤波算法.这种新算法运算量与传统卡尔曼滤波算法相当.通过仿真实验证实,该算法在含时变噪声的高动态导航定位中比传统卡尔曼滤波效果提高2dB.     

非平衡状态下星载三维激光雷达图像畸变研究

激光雷达是飞行器软着陆的重要辅助手段,在飞行器降落过程中它可以实时、精确、快速地确定星体表面局部区域的特征地形.但是,在扫描成像过程中它的载荷平台会有微小的震动,这种非平衡状态会导致由激光雷达获取的点云图像发生一定的畸变.结合激光雷达成像原理和误差传播理论分析了平台稳定性对三维激光雷达成像的影响,研究了在不同扫描周期内三维激光雷达图像变形.实验结果表明,除了受到仪器本身测量精度的影响之外,激光雷达获取图像质量还与扫描时间、成像区域密切相关.利用高分辨率的星载测时与测姿装置可以修正系统性的地形畸变,但是仪器误差也会引人到纠正后的图像之中.按照现有的平台姿态测量水平,控制激光雷达成像时间是它辅助导航着陆能否成功的关键.     

高精度低连接刚度大惯量扫描镜控制系统设计

针对三轴稳定卫星内低连接刚度条件下的大惯量扫描镜负载在低速摆动时易出现机械谐振的问题，基于电流-速度-位置三闭环控制结构，研究并提出一种有效的易于工程实现的优化控制方法，抑制机械谐振同时提高扫描镜系统的控制性能。首先，根据动力学关系对低刚度连接的电机与扫描镜控制对象建立理论的简化控制模型。然后，分析加速度反馈抑制谐振、提高系统控制性能的原因，并借助电流和位置反馈信号建立加速度观测器获取电机加速度并反馈，仿真分析该方法的优化效果。最后，在实际系统上进行实验检验，对比系统控制误差的变化。结果表明：提出的优化控制方法能够有效地抑制机械谐振，提高系统的控制带宽和动态精度。