复合固体推进剂的破坏过程(反复拉伸产生的破坏能量)

在固体火箭发动机的研制中,为了确定固体推进剂的破坏标准,有必要研究其破坏过程。从这种观点出发,本文把破坏过程作为一个研究课题。我们选用了含有细颗粒填料的大推力可控型固体火箭发动机用CTPB(端羧基聚丁二烯)系复合固体推进剂。通过多次反复拉伸试验,弄清了它的应力-应变特性、破坏能等力学性质。实验结果表明:不仅对固体推进剂的破坏过程有了新的认识,而且在预测试验用推进剂的物性、强度方面也得到实际应用。     

复合固体推进剂颗粒脱湿损伤参数反演

为确定复合固体推进剂颗粒脱湿损伤参数,采用分子动力学方法建立了复合固体推进剂颗粒夹杂模型,根据Surface-based cohesive方法,在高氯酸铵(AP)颗粒与基体之间的界面处设置接触损伤,对复合固体推进剂的细观损伤过程进行数值仿真计算。将数值仿真得到的应力-应变曲线与试验曲线进行对比,建立颗粒脱湿损伤参数的优化目标函数,通过分步迭代计算,对颗粒脱湿损伤参数进行反演识别。结果表明:根据反演参数计算复合固体推进剂细观损伤过程,颗粒夹杂模型表现出的宏观应力-应变关系与试验结果吻合良好,说明双折线损伤模型可以近似表征复合固体推进剂的脱湿损伤。     

基于细观颗粒夹杂模型的复合固体推进剂松弛模量预测

为更准确地预测不同固体颗粒体积分数的复合固体推进剂的松弛模量,采用了分子动力学方法对不同体积分数的复合固体推进剂细观模型进行建模.根据有限元理论及细观力学均匀化方法,计算在定应变工况下复合固体推进剂细观模型的平均应力随时间的变化,从而有效地预测复合固体推进剂的松弛模量.该方法有效地体现了随填充颗粒体积分数的增大,复合固体推进剂瞬时模量逐渐增大的变化规律及颗粒随机分布对复合固体推进剂瞬时模量的影响.将其应用到复合固体推进剂的设计过程中,可有效降低设计成本,缩短设计周期.      

含Ⅰ型裂纹复合固体推进剂双轴拉伸实验研究

开展了复合固体推进剂含Ⅰ型裂纹拉伸实验研究。采用不同拉伸速率,获得双向拉伸极限特性主曲线和应力—应变破坏曲线,为推进剂材料破坏分析的经验准则提供判据。结果表明,如果复合固体推进剂的断裂阻力被看作是材料常数,则裂纹驱动力必受到平行于裂纹之应力的影响,在一定范围内裂纹驱动力与平行应力成反比关系。当平行应力超过屈服应力以后,因平行应力太大超过了损伤阀值,在推进剂中造成了损伤,从而断裂韧性下降。     

HTPB复合固体推进剂率相关损伤机理分析与验证

固体发动机在点火过程中常由于结构完整性问题而出现爆炸或性能曲线异常等问题，结合发动机在点火状态下推进剂的受载情况，亟待探索固体推进剂的率相关损伤机理。本研究从某HTPB复合固体推进剂在宽温和宽应变率下单向定速拉伸试验的力学响应特征入手，针对应力-应变曲线呈现的“双峰”、“脱湿”点前后移位等现象阐释了推进剂的率相关界面损伤特性。然后，基于建立的推进剂细观有限元模型对推进剂的率相关损伤过程进行了仿真计算，通过提取有限元分析结果的损伤界面分析了推进剂的界面损伤机理。最后，通过高速摄像试验的结果对损伤机理进行了验证。结果表明，推进剂的界面损伤过程具有很强的率相关性，“双峰”和“脱湿”点前后移位均与推进剂在不同应变率下拉伸时内部的损伤演化过程有关。通过对比推进剂在不同应变率下拉伸时断裂前的形貌，高应变率下AP颗粒析出数量较多，在一定程度上印证了本研究对推进剂损伤机理的阐释。     

摇摆载荷作用下舰载固体火箭发动机药柱疲劳损伤

以某固体火箭发动机为例,建立了摇摆载荷作用下发动机药柱的疲劳损伤评估方法.首先,通过推进剂定应力往复拉伸试验获得了复合固体推进剂的疲劳损伤特性;其次,运用有限元分析方法得到了发动机危险部位的应力谱;最后,运用雨流计数法和Miner线性累积损伤理论对发动机危险部位的损伤进行了评估.结果表明,发动机装药危险部位一年时间由于舰船摇摆载荷所造成的损伤为0.0855.      

自由装填包覆药柱点火过程中应力应变分析

自由装填药柱固体火箭发动机在点火过程中容易出现药柱结构完整性破坏,本文围绕该问题展开研究。利用有限元方法分析了自由装填星孔装药内外压差作用下药柱应力应变,同时分析了包覆层的弹性模量及推进剂泊松比对应力应变的影响。结果表明,应力应变值随着压差的增大直线上升,另外包覆层的弹性模量及药柱的泊松比对应力应变值影响很大,包覆层弹性模量越大,药柱应力越小,药柱泊松比越大,药柱应力越小。为减小应力应变,一方面可以通过发动机结构设计以减小内外压差,另一方面可以选择较高弹性模量的包覆层和高泊松比的推进剂材料。     

循环加载下复合推进剂的能量耗散

在空空导弹的挂载飞行阶段,弹体高频振动导致的固体推进剂温升极大地损害了固体火箭发动机的性能。为深入探究固体推进剂的能量耗散及其影响因素,针对某复合推进剂进行了不同应变幅值下的多频率疲劳测试,并利用非接触式红外辐射装置同步采集了循环加载下推进剂试件的表面温度,讨论了频率、应变幅值两个因素对复合推进剂能量耗散的影响。结果发现,复合推进剂由于自身的黏滞性,在外部激励下产生了剧烈的疲劳生热行为,其能量耗散密度随着加载幅值和频率的增大而提高,能量耗散带来的试件表面温度呈现出先增大后稳定的规律。根据能量耗散和温度场方程,建立了复合推进剂疲劳过程中的温升计算模型,利用有限元仿真对不同加载条件下推进剂的滞后温升进行了较好的预测。     

固体推进剂双向拉伸试件优化设计及试验

基于Kelly提出的十字形试件,设计了一种新型固体推进剂双向拉伸试件。利用ANSYS有限元软件对试件双向加载过程试验区中引起的应力应变的数值模拟,实现了十字形试件的优化设计,经过优化的试件在满足双轴试验要求方面有了明显的改进。通过对丁羟复合固体推进剂试件双向加载力学行为试验研究,获得不同拉伸速率双向拉伸应力—应变破坏曲线,为推进剂材料破坏分析的经验准则提供判据。结果表明,固体推进剂断裂延伸率的双向弱化效应很明显,双向加载比例为等双拉状态时,其双向断裂延伸率比单向断裂延伸率降低37.5%。     

温度冲击速率对变截面药柱结构完整性的影响

基于热传导方程,对某固体火箭发动机物理模型进行合理的简化,得到了两种可以用于计算药柱内温度、应力应变场的三维计算模型,并通过计算选出较优的一种;利用得到的计算模型,根据固体推进剂材料的粘弹性本构关系,对某固体火箭发动机受不同温度冲击载荷速率的情况进行了数值计算,研究在不同速率下,药柱内应力应变随应力速率的变化规律,为火箭发动机三维装药结构的完整性分析提供参考。     

三角波信号波形参数的测量不确定度

通过使用波形测量手段和最小二乘直线拟合方法，对三角波信号的波峰、波谷、中值、幅度、频率、沿斜率、沿线性度、对称性等指标进行了精确评价，详细讨论了方法的实现过程以及有关技术问题，并对各项参数指标进行了不确定度分析。实验验证结果表明了该方法的有效性和实用性，该方法可应用到三角波信号源的性能指标评价中。     

新一代战斗机全机地面强度试验技术

介绍了全机地面强度试验及验证要求，分析了试验的新问题和新挑战。通过试验顶层规划，采用全新设计模式、先进的加载技术，从试验的边界条件、综合平台、动力系统、测量与控制、损伤检测与监测等方面制定了总体技术方案。研究并应用了全硬式单侧双向加载技术、试验综合平台设计技术、试验边界条件模拟技术、动力系统设计技术等多项新技术，提高了设计效率、加快了试验实施速度、提升了试验安全性和可靠性。这些新技术在新一代战斗机多架次全机静力/疲劳试验中成功应用，结果表明各试验系统安全、可靠，达到了试验要求和预期试验目标，实现了全机地面强度试验技术的跨越式进步，技术成果为后续型号试验提供了较高参考价值。     

二维活塞航空燃油泵容积效率分析

提出了一种二维活塞燃油泵，该泵利用二维活塞的旋转运动将配流机构集成到活塞上，去除了传统柱塞泵独立的配流机构，简化了泵的结构、提升了泵的功率密度，而且由于主要运动机构采用了滚动轴承支撑，免除了滑动摩擦副及其产生的泄漏，提高了效率。对泵的容积效率进行理论分析和实验研究。结合泵的结构原理分析了造成容积损失的内泄、外泄及油液压缩性等3种主要原因；应用层流和紊流的缝隙流动基本理论推导出泄漏解析表达式，着重分析了不同配流开口形式产生的内泄漏；综合考虑油液压缩性和泄漏获得了容积效率数学模型。理论研究表明采用负开口配流形式可以有效减小内泄漏，定量分析了泄漏流量与负开口量的关系，同时利用Fluent进行配流过程中泵腔内的流场数值模拟，结果表明可以有效减小油液倒灌。为了验证理论分析的有效性，制作二维活塞燃油泵样机，以航空煤油为介质进行台架实验。样机实验结果表明在负载压力2 MPa，转速从1 000 r/min到5 000 r/min，容积效率从93.6%提升到98.1%；当转速为2 000 r/min，负载压力从1 MPa增大到5 MPa，容积效率从97.5%降低到92.3%。以现有的齿轮泵和柱塞泵相比容积效率显著提高，理论与实验的结果偏差在4%以内，表明理论分析的有效性和正确性。     

负荷条件下注意力分配策略对情境意识的影响

为探究负荷条件下不同注意力分配策略对情境意识（SA）的影响，招募22名被试开展了3种注意力分配策略（平均分配、主次分配、多级分配）×2种脑力负荷（低负荷、高负荷）条件下的被试内双因素设计的实验任务，记录情境意识全面测量技术（SAGAT）、行为绩效、眼动和脑电（EEG）指标为因变量。实验结果表明，在不同脑力负荷下，相较于多级注意力分配策略和主次注意力分配策略，平均注意力分配策略的SAGAT得分和绩效正确率均更低、最小近邻指数（NNI）更大；在高脑力负荷下，相较于多级注意力分配策略，主次注意力分配策略的SAGAT得分更高、绩效反应时间更短并且NNI值更低；SAGAT得分与平均注视时间、NNI、θ相对功率和α相对功率均存在显著低度相关。本研究结果提示，在不同脑力负荷条件下，采用平均注意力分配策略可能导致作业人员的注意力更为分散，从而产生更差的工作绩效和更低的SA水平；而在高脑力负荷条件下，相比于多级注意力分配策略，主次注意力分配策略更有助于作业人员提取关键信息并维持更好的SA水平，但同时可能存在SA丧失的风险；眼动的平均注视时间和NNI指标以及EEG的θ和α相对功率指标具有较好的表征SA的潜力。     

Power characteristics of a variable hydraulic transformer

The flow control of hydraulic transformers is a great challenge.To meet this challenge,a new kind of hydraulic transformer,variable hydraulic transformer(VHT),is proposed in this work.This paper focuses on the power characteristics of the newly proposed VHT,including instantaneous power,average power,power pulsation,and efficiency.In the analyses,the concepts of efficiency,input power,output power,starting angle,and ceasing angle are defined or redefined.To investigate the power characteristics,their models are derived by considering the governing factors such as the control angle of the swash plate and the structure of the port plate.This work highlights that the load flow can be adjusted by adjusting the control angle of the swash plate,and the power characteristics at the B-port produce a remarkable change.In addition,the VHT has a starting angle and a ceasing angle,and these two angles can be adjusted by the influencing factors.The results reveal that the power pulsation and the jump points of the instantaneous power are the primary causes of a less smooth work.Then,it is shown that the control angle of the port plate,the control angle of the swash plate,and the pressures at the ports are the three key elements for a stable operation.The results also reveal that the adjustment of the influencing factors can improve the efficiency.     

土壤优先流模型理论与观测技术的研究进展

优先流是土壤中常见的和重要的水流运动和溶质运移形式。由于土壤优先流的形成和影响因素众多、表现形式多样,加之土壤优先流的快速非平衡特征明显以及土壤高度的空间变异性,准确描述和模拟土壤优先流的时空变化特征一直以来都是土壤水文学界的热点问题和难点问题。该文从优先流的定义、表现类型、形成和影响因素、模型理论与观测技术等5个方面综述了土壤优先流的研究进展,指出该领域今后的主要研究方向为建立土壤优先流的统一判别标准、提升优先流模型理论的有效性、发展优先流的专用观测技术设备。文章对深入研究土壤优先流具有参考价值。     

机场飞行区资源调度问题研究(一)：基本概念与框架

世界航空运输系统的一体化、协同化和智能化发展对机场飞行区资源调度精细化管理和空中交通运行高效化管控提出了高要求。本文聚焦机场飞行区资源调度的基本概念与框架问题,是飞行区资源调度问题研究系列之一。从国际公约、理论研究和行业规范视角界定飞行区的基本概念,分析飞行区的一般运行过程和资源调度内涵。对飞行区资源调度体系涉及的理论方法、系统工具、管理机制等要素及逻辑关系进行系统总结。研究成果旨在为机场运行管理理论与应用的可持续发展提供科学指引。     

The MESSENGER Spacecraft

The MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging (MESSENGER) spacecraft was designed and constructed to withstand the harsh environments associated with achieving and operating in Mercury orbit. The system can be divided into eight subsystems: structures and mechanisms (e.g., the composite core structure, aluminum launch vehicle adapter, and deployables), propulsion (e.g., the state-of-the-art titanium fuel tanks, thruster modules, and associated plumbing), thermal (e.g., the ceramic-cloth sunshade, heaters, and radiators), power (e.g., solar arrays, battery, and controlling electronics), avionics (e.g., the processors, solid-state recorder, and data handling electronics), software (e.g., processor-supported code that performs commanding, data handling, and spacecraft control), guidance and control (e.g., attitude sensors including star cameras and Sun sensors integrated with controllers including reaction wheels), radio frequency telecommunications (e.g., the spacecraft antenna suites and supporting electronics), and payload (e.g., the science instruments and supporting processors). This system architecture went through an extensive (nearly four-year) development and testing effort that provided the team with confidence that all mission goals will be achieved. Larry E. Mosher passed away during the preparation of this paper.     

The MESSENGER Science Operations Center

The MESSENGER Science Operations Center (SOC) is an integrated set of subsystems and personnel whose purpose is to obtain, provide, and preserve the scientific measurements and analysis that fulfill the objectives of the MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging (MESSENGER) mission. The SOC has two main functional areas. The first is to facilitate science instrument planning and operational activities, including related spacecraft guidance and control operations, and to work closely with the Mission Operations Center to implement those plans. The second functional area, data management and analysis, involves the receipt of science-related telemetry, reformatting and cataloging this telemetry and related ancillary information, retaining the science data for use by the MESSENGER Science Team, and preparing data archives for delivery to the Planetary Data System; and the provision of operational assistance to the instrument and science teams in executing their algorithms and generating higher-level data products.     

飞机作战生存力分析方法研究进展与挑战

军用飞机在执行作战任务过程中,常常会与武器系统遭遇,如何分析其生存能力从而进行改进设计一直是航空领域的研究难点。回顾了作战生存力研究的历史与现状,从敏感性计算和易损性计算两方面总结了生存力的定量分析方法,重点综述了基本信号探测敏感性模型、雷达对抗下的敏感性模型、红外对抗下的敏感性模型,以及部件间弹道遮挡关系确定、部件毁伤测度与判据、重叠及高维空间易损性计算、薄弱部位确定方法等方面取得的新进展。在此基础上,针对未来体系对抗与先进武器环境,提出了生存力研究需要关注和解决的问题,包括网络与信息战下的敏感性分析、敏感性对抗装置的效益代价与权衡设计、部件易损性毁伤机理与判据、先进武器及多因素耦合下的易损性分析以及大数据背景下的性能降级易损性研究等。