反作用轮扰动对航天器结构动态特性的影响分析

反作用轮是影响航天器姿态控制系统精度的主要扰动源之一。为了研究反作用轮扰动对在轨航天器产生的影响,并采取相应的控制方法和隔离系统,分析了引起反作用轮扰动的原因,建立了基于反作用轮扰动试验模型的扰动精细模型。在此基础上建立了航天器整星在轨状态结构有限元模型,将反作用轮扰动作为激励源,进行了整星在轨状态结构动态特性仿真,详细地分析了反作用轮扰动对整星结构动态特性的影响。仿真分析结果可以准确地预测反作用轮扰动对在轨航天器动态特性的影响,有利于航天器星载设备的分布和安装,可以提高星载设备的精度和性能,并为航天器姿态控制系统设计和地面试验提供了参考和依据。
     

大偏心及大扰动下涡轮泵密封转子动力特性

为获得大偏心以及大扰动下涡轮泵浮动环密封的转子动力特性,采用修正的Bulk-Flow模型和CFD准稳态法进行了研究。通过试验数据验证了两种方法的求解精度及可靠性,获得了不同静偏心以及扰动量下密封动特性系数的变化规律。结果表明:修正的Bulk-Flow模型和CFD准稳态法均能较好地预测密封动特性系数,且CFD法具有更高的求解精度;对于高压高转速涡轮泵,浮动环密封引入的刚度与滚动轴承刚度量级相当,其对转子系统动力学特性影响不应忽略;大偏心下密封各动特性系数显著增大,而大扰动下,各系数与扰动量之间呈现出复杂的非线性关系。     

基于高阶WENO格式的喷管动态特性仿真分析

喷管的动态特性分析是进行高品质控制系统设计、控制参数优化、控制规律验证的基础。为了分析喷管的动态特性,针对轴对称收扩喷管,基于一维变截面非稳态无粘流动控制方程,利用有限体积Roe类型的高精度WENO格式对控制方程进行离散,采用三阶强稳定型龙格库塔方法进行时间方向的积分,利用激波探测函数实时捕获激波位置,建立了喷管的一维动态特性仿真程序。通过与理论解析解的对比验证了仿真程序和激波探测函数的正确性。在欠膨胀状态下,获得了喷管入口总压、总温扰动下,喷管进出口压力和推力的阶跃响应特性,对比分析了各扰动因素对推力响应特性的影响。进一步分析了扩张段存在激波的情况下,在不同的扰动下激波运动和推力等参数的变化规律,能够为推力控制系统分析提供参考。     

基于AMESim的冲压发动机燃油调节器动态特性仿真

基于AMESim软件仿真平台,建立了冲压发动机燃油调节器仿真模型,对燃油调节器的流量跟随调节特性、入口压力扰动以及油路切换过程的动态特性进行了仿真研究,分析各工况下燃油调节器的稳定性,并提出了改善燃油调节器动态特性的措施。另外,通过利用该仿真模型,对燃油调节器的各种工况进行分析,为结构参数的选取和控制参数的优化研究都提供了参考。     

发动机涡轮泵流体动静压轴承应用分析

针对液体火箭发动机涡轮泵特殊工作环境,讨论了流体动静压轴承可采用的结构形式和需要解决的关键技术。提出了径向轴承宜采用腔式结构,止推轴承宜采用螺旋槽或瓦块结构;并针对液氧涡轮泵动静压轴承提出了研究需要解决的关键技术。     

控制力矩陀螺柔性安装界面扰动力分析方法

以控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope,CMG)-柔性基础结构耦合系统为研究对象,提出了使用CMG解析动态加速性和柔性基础结构解析加速性对固定界面扰动力进行修正,以获取柔性界面扰动力的分析方法,并将分析结果与Simulink动力学建模与仿真的结果进行了对比与分析。分析与仿真结果吻合较好,可以为扰源-航天器耦合微振动特性分析提供参考。     

水下固体火箭发动机推力脉动特征研究

对水下固体火箭发动机的动态特性进行了研究,根据动网格及VOF(Volume of Fluid)基本原理,构建了用于水下固体火箭发动机动态射流响应的轴对称模型;根据壁面积分基本原理及被动方式求解水下工作发动机推力的计算方法,成功模拟了发动机的受力运动;对不同工况下发动机工作情况进行仿真,研究了水下发动机动态模型下的射流结构,发现在来流作用下,射流气体会受到来流边界层的挤压,产生颈缩现象,之后逐渐向外膨胀;研究结果显示,在来流边界层作用下,射流所产生的激波在向下游发展之前,将经历多次折射,该研究结果与文献中相关实验结果较吻合;对发动机不同工况下的推力脉冲峰值进行分析,找出了动态模型下发动机点火初期推力脉冲峰值特征随工作环境的变化规律。最后,对有/无轴向浮力时的发动机动态特征进行了对比分析。     

应用动静压混合轴承改造磨床

介绍了动静压混合轴承的结构、工作特点及电气控制原理。应用动静压混合轴承对旧磨床进行改造 ,提高了磨床的加工精度、表面粗糙度、切削能力和加工效率。     

计算模拟月壤颗粒吸收及散射特性的一种球叠加模型

针对模拟月壤复杂的外形特征以及多相非均质的微观结构,提出了一种计算模拟月壤颗粒吸收及散射特性的球叠加模型。根据模拟月壤颗粒的形状指数和分形特征识别结果,归纳了4种主要的模拟月壤颗粒类型,并采用蒙特卡罗光线跟踪法研究了这4种颗粒在单色平行光照射下的吸收及散射特性。与已有的非球形颗粒辐射特性的算法比较显示,该模型具有良好的计算准确性。在数值计算的基础上,分析了颗粒尺度参数及光学常数对其自身辐射特性的影响,并通过改变平行光照下的光线入射角度,分析了非球形颗粒的朝向对其自身辐射特性的影响。由计算结果推断,该模型不仅可以应用于计算模拟月壤颗粒的辐射特性,还可以满足其他适用于几何光学近似的非球形粒子。     

小推力最优轨迹协态估计的高效机器学习方法

针对变比冲小推力轨迹间接优化中的协态变量初值猜测问题,提出了一种基于机器学习的协态变量初值高精度高效估计方法。首先,基于标称最优轨迹延拓,建立了状态量边值高扰动上限情形下的数据集生成方法,并分析了扰动上限对求解效率的影响。然后,构建了基于位置速度、轨道根数和改进春分点轨道根数多形式状态量组合输入的人工神经网络(ANN)映射关系,分析并优化了神经网络结构。将提出的方法应用于深空探测小推力转移场景,仿真结果表明该方法相对于标称轨迹直接扰动的数据集生成方法及单一形式状态量输入的人工神经网络映射方法,均有效地提升了求解收敛率,能够高效高精度地估计协态变量初值,实现轨迹快速优化。     

固体发动机药柱表面裂纹的处理

工程实际中通常采用于药柱表面裂纹处铲槽的方法来释放裂纹尖端的应力应变集中,以确保药柱含裂纹的固体发动机能正常点火发射.为确定铲槽的深度和宽度,基于线粘弹性三维有限元,首先确定发动机药柱点火发射时的危险部位;其次,在危险部位设置深度不同的裂纹,在裂纹尖端构建三维奇异裂纹元,模拟裂纹扩展,分别计算随着裂纹扩展所对应裂纹深度的各类应力强度因子,由此判断裂纹的稳定性,以确定是否需要对裂纹进行铲槽处理;最后,确定在危险裂纹处需要铲槽的深度与宽度.通过对某翼锥-圆柱组合型药柱在点火发射时的数值分析,提出了药柱危险部位裂纹的处理方法,量化了药柱表面裂纹的处理.该方法可为修复药柱表面含缺陷的发动机提供参考.     

矩形波导纵缝阵列的矩量法分析

利用矩量法对矩形波导宽边纵缝阵列天线进行了理论分析和计算。首先利用缝隙口面切向磁场连续的条件建立关于未知电场的联立积分方程,考虑了所有的互耦、高次模及波导壁厚的影响,然后对两个实际阵列进行了编程计算,计算结果与文献和HFSS软件的仿真结果吻合良好,仿真过程中对矩形缝和半圆头缝进行了转换。     

全失重液体晃动的固有频率

本文研究失重条件下液滴，带核液体和球腔内液体晃动的固有频率，对于几何球对称系统，本文给出了其解析解；而对于非球对系系统，则采用边界元方法计算得到晃动频率的数值解。     

矩形波导宽边纵向裂缝的分析

利用缝隙口面切向磁场连续的条件建立关于未知电场的联立积分方程,将波导内外部的互耦、波导壁厚及波导内高次模的影响全部考虑进去,然后运用矩量法求解得到一端短路和两端开路时的波导单缝中的电场分布。该结果与文献结果和HFSS仿真结果作比较,两者吻合良好,证明理论推导和编程计算的正确性。根据缝隙等效导纳和反射系数的关系计算波导一端短路时不同偏距纵缝的谐振长度,进行矩形端头与半圆端头的等效转化并给出了与仿真结果的比较。单个缝隙参数的确定为采用HFSS软件仿真法、等效电路法或场分析法进行波导裂缝阵列天线的分析和设计奠定了基础。     

燃烧室缝槽气膜冷却方案研究

针对超音速飞行器冲压发动机高马赫数、长航时的特点,结合工程计算方法和设计思想,建立了燃烧室缝槽气膜冷却过程一维计算模型,详细研究了各主要因素对气膜冷却效果的影响,并给出了某型冲压发动机高温燃烧室缝槽气膜冷却结构参考设计方案。结果表明,通过改善结构布局,合理分配缝隙冷气流量,可以有效地提高气膜冷却效果、降低壁温,适应高温燃气参数分布对隔热屏的热防护要求。     

六自由度激励台精密高刚度铰链结构设计与试验应用

精密高刚度铰链作为六自由度并联激励平台中的关键组件,其性能高低对激励台的控制精度有直接影响。针对铰链所需满足的高刚度、高基频和无间隙等要求,文章提出了基于虎克铰结构的铰链设计方法。首先根据铰链所处的工况确定选用圆锥滚子轴承作为旋转支撑部件,并通过对轴承的配置和预紧实现无间隙振动运动的要求,从而确定了铰链结构形式。然后,利用有限元法校核了结构的刚度与基频,进而完成铰链结构方案和样机制造,并将样机集成于激励台中。最后,开展了铰链动态特性试验和激励台振动控制试验,分别获取了铰链的基频和激励台控制响应。结果表明,铰链可满足激励台工作频段内的使用要求,铰链设计合理。     

X波段波导端头裂缝的数值分析

用矩量法(MOM)导出求解X波段波导端头裂缝口面等效磁流的公式。在此基础上,计算波导不同频率下的反射系数和驻波系数等参数。给出了BJ-100波导端头裂缝口参数的计算结果,据此讨论了裂缝长度、宽度、厚度与谐振频率的关系。另外检验了圆头与方头裂缝的等效性,并给出了波导端头裂缝谐振频率的近似设计公式。分析结果表明,该算法简单,计算结果与测试值吻合较好。     

大型反射面的充气展开动力学研究

为了掌握大型反射面从收拢状态到完全展开状态的动力学特性,采用气囊模型和控制体积(CV)法对反射面的充气展开过程进行研究。建立了包含中心轮毂、肋板、支撑杆、薄膜圆环和张拉绳的反射面有限元模型,提出逆解法获得折叠收拢状态下反射面的节点坐标,给出了充气展开动力学分析流程,获得了恒定充气速率下展开过程中圆环充气体积、环内压力等参数与展开时间的变化规律。结果表明,采用充气技术可进行大型反射面有序可控展开,反射面的充气展开过程分初始收拢状态、解锁释放、肋板展开、保压稳定四个阶段,地面充气展开试验结果验证了仿真分析的准确性。     

地球辐射带槽区粒子环境动态变化对中轨卫星辐射效应的影响

中轨卫星运行于地球辐射带槽区,而槽区粒子辐射环境可能存在显著涨落,增加卫星抗辐射设计输入的不确定性.文章利用典型地球辐射带模型,对中轨卫星累积性辐射效应的主要来源进行深入分析,再结合槽区粒子辐射环境动态变化特征,初步量化分析其对中轨卫星遭遇辐射效应的影响.结果表明:槽区粒子辐射环境的动态变化对星表材料及太阳电池辐射损伤...     

低温气动阀动态响应特性的非线性分析方法

为了在液体火箭发动机试验过程中缩短低温气动阀的响应时间,减少非线性求解阀门动态响应的计算量,提升试验过程中的安全性与可靠性,根据低温气动阀的工作原理,构建阀门的动态响应非线性传递模型,并在此基础上,通过引入变步长系数与定义遗忘因子,在四阶龙格-库塔法基础上,构建了一种动态递推龙格-库塔法的非线性动力学求解方法,并提出响应速度的改进方案.最后通过实例的验证与仿真,为提升低温气动阀响应速度提供了一种方法指导,为提高液体火箭发动机试验技术提供了支持.