熵产最小法在热电制冷系统优化中的应用

应用有限时间热力学理论，基于熵产最小法，对热电制冷系统随有限温度的变化、由外部热源与内部工质之间的温差而形成的热漏及内部耗散所产生的传热不可逆性进行了最优化研究，建立了不可逆热电制冷循环模型。研究结果表明，不同的参数对热电制冷系统的影响有着显著的区别。本文推导出熵产率最小时对应的优化性能特性关系和重要设计参数的最佳值；绘出了相关优化性能曲线并说明了这些参数在总体和优化性能中的作用。计算结果对实际热电制冷系统优化条件的确定具有一定参考价值。     

用GPS信息的惯导快速对准方法

如何快速、准确地完成惯导系统的初始对准一直是惯导系统研究的关键技术,方位对准精度和对准时间的矛盾至今未能很好地得到解决。为解决这一问题,本文提出了双全球定位系统（ＧＰＳ）同惯性导航系统（ＩＮＳ）进行深组合的方法。仿真结果表明,该方法使方位对准时间缩短为不到２ｍｉｎ,精度达到１４．６７（″）,较好地解决了方位对准问题,同时也提高了导航精度。     

制冷剂类型对机载蒸发循环系统性能影响

为给直升机机载制冷循环系统制冷剂的选择提供借鉴,首先以某直升机现有空调系统为例,依据其系统及部件参数,在VapCyc软件中建立制冷系统模型。然后选用不同制冷剂,改变冷凝器侧入口空气温度、冷凝器/蒸发器侧风量及压缩机转速,得到系统制冷系数(Coefficient of performance,COP)及制冷量。分析得到相同工况下,R134a与R1234yf的COP值相差不大且最高,R407C次之,R32与R410A结果相近且COP值最低;制冷量从高到低依次为R32,R410A,R407C,R134a和R1234yf。在机载制冷系统研究初期,应先满足系统制冷量的要求,故认为在选择机载空调制冷剂时,优先考虑R410A及R407C。另外,冷凝器侧风量、蒸发器侧风量及压缩机转速等参数对系统制冷量及COP均有较大影响,设计制冷系统时应慎重确定。     

基于机器学习的结冰风洞温度场预测

结冰风洞是开展飞行器结冰与防除冰研究的重要基础设施,其制冷系统通过调节压缩机吸气压力实现风洞内气流温度的精确控制,吸气压力控制及降温方式影响着风洞的试验效率。为实现压缩机吸气压力的准确预测,本文采用自适应粒子群算法优化后的支持向量回归（APSO–SVR）建立预测模型;在此基础上,利用多层感知机（MLP）神经网络建立分析模型,研究试验工况参数对风洞降温速率的影响。结果表明:压缩机吸气压力的预测值与试验值的平均绝对百分比误差（E_MAP）低于4%,均方误差（E_MS）低于0.003;影响风洞降温速率的工况参数主要有气流压力、试验风速、压缩机吸气压力和换热器出口初始温度,其中,压缩机吸气压力对降温速率的影响是最显著的。     

用模糊综合评判法评估薄壁容器的寿命

针对影响薄壁密封容器寿命的许多因素具有复杂性、非确定性以及时变性的特点,提出了用动态二级模糊综合评判的方法对其寿命进行评估,建立了评估的数字模型和评估流程。在对飞机整体油箱的寿命分析中,考虑到保留所有评判因素的影响,采用了乘、回型模糊算子,并用层次分析（ＡＨＰ）法来确定评价指标权重。计算结果表明,该方法能够解决油箱寿命评估中一些复杂因素的处理问题,具有一定的实际工程意义。     

利用旋翼机和固定翼飞机的空气动力学理论综合估算电动垂直起降飞行器的飞行性能（英文）

根据旋翼机和固定翼飞机的气动理论开发了一个综合方法过程用于估算电动垂直起降（Electric vertical takeoff and landing, e VTOL）飞行器的飞行性能。这种飞机通常采用多旋翼垂直飞行,螺旋桨和机翼的不同组合方式实现飞行。其中,对旋翼和螺旋桨的气动性能采用传统动量理论分析和旋翼元素分析。本文利用此综合理论研究了12架e VTOL飞行器的飞行性能,包括多旋翼飞行器、矢量推进飞行器和升力巡航飞行器。计算了悬停、爬升和下降以及巡航水平飞行,不同飞行状态时驱动电机、旋翼和机身的飞行特性。据此,可以进一步确定电力推进系统的性能指标,以匹配螺旋桨或旋翼,从而满足飞行任务。     

R134a的热物理性质计算

氯氟碳化合物（ＣＦＣ）作为制冷与空调设备的工质，长期以来被广泛应用于生产和生活的各个部门。近年来，人们逐步认识到某些ＣＦＣ对臭氧层具有破坏作用和挥发后产生温室效应，因此不得不寻求新的替代工质。替代Ｒ１２的制冷剂方案中，有单一工质，也有混合工质。在单一工质中，从长远意义上最有希望替代Ｒ１２的新工质是民１３４ａ。为了对制冷系统应用Ｒ１３４ａ进行性能评价，而要一套完整的热物理性质公式。目前，有关Ｒ１３４ａ的热力学性质数据较多，但有关它的热物理性质数据却很少。本文列出并推导了Ｒ１３４ａ热物理性质的计算方程式，给出了部分计算数据，为用Ｒ１３４ａ作为制冷剂循环的制冷装置及换热器计算机辅助设计打下基础。     

INS地面自对准的鲁棒性分析

讨论了惯性导航系统（ＩＮＳ）地面自对的鲁棒性能问题。文中指出当采用两个水平方向加速度计作为测量时，ＩＮＳ的地面自对准稳态性能与设计滤波民采用的噪声方差无关。但由于自对准的时间限制，实际自对准性能鲁棒性，即滤波器的稳态性能，可以通过鲁棒设计得进。利用对策论原理，文中给出了最优鲁棒ＩＮＳ自对准设计方案。     

开放式二氧化碳制冷性能

二氧化碳属于对环境友好的自然制冷工质,使用时直接排放对环境影响很小。本文提出一种开放式二氧化碳制冷系统,研究了高压二氧化碳在25,30和35°C三种典型储存环境下的制冷特性,同时考察了影响开放式二氧化碳制冷性能的各种因素。研究结果表明:二氧化碳储存状态对其制冷性能影响较大,在超临界条件下制冷量损失较大,同时,纯气体节流时储罐中的制冷量损失要远大于气液两相节流,为二氧化碳开放式制冷的应用提供了实验依据。     

单级G-M型脉管制冷机直流抑制实验研究

开展了单级G-M型脉管制冷机直流抑制实验研究,考察了直流流动对制冷机性能的影响,估算了不同制冷温度下制冷机循环的需气量,采用两个并联排列、指示箭头方向相反的阀门,称之为并联逆向双阀双向进气结构对直流进行抑制,成功地解决了传统单阀双向进气结构脉管制冷机存在的直流问题。在2kW(RW2)和4kW(CP4000)压缩机驱动时分别获得了18.4K和14.7K的最低制冷温度,对应在30K的制冷量为11.5W和29.5W。     

用于机载大功率电子设备的新型液冷环控系统的研究

为了解决我国飞机大功率、高热流密度机载电子设备的冷却问题，本文提出了由制冷、冷却液循环、测量与控制等子系统组成的新型飞机液冷环控系统，阐述了冷却液的配制、系统多参数优化设计、冷板流阻特性曲线的准确模拟、机载电子设备发热模拟装置和建设全系统综合试验台等关键问题。分别完成了冷板换热器Q—p曲线测试、液冷系统流量分配试验、限流环尺寸确定试验和飞行环境下液冷系统性能模拟试验。研究表明，本系统是一种适用于高热流密度下机械电子设备经济的、高效的液冷环控系统。     

基于BAS_RVM的APU涡轮剩余寿命预测

提出一种优化相关向量机的寿命预测方法,并用于对辅助动力系统（Auxiliary power unit, APU）涡轮的剩余寿命预测。首先,提出了改进的核函数,兼顾效率和精度,用天牛须搜索（Beetle antennae search, BAS）算法对相关向量机的核参数进行优化,建立寿命预测模型;然后,对历史数据进行分析,提取排气温度（Exhaust gas temperature,EGT）并进行修正、降噪,用多项式回归建立了EGT的涡轮性能退化模式库;最后,实例验证表明,文中算法在APU涡轮剩余寿命预测上与传统相关向量机相比效率提高40%,精度提高20%,通过敏感性分析确定了最佳的初始步长和输入维度。     

机载三股流板翅式冷凝器数值计算与实验研究

分析了翅片、隔板和流体的传热规律,采用有限容积法建立了包含相变流和交叉式在内的多股流板翅式换热器数学模型。基于蒸发制冷循环试验台,在4种工况条件下对机载交叉式三股流板翅式冷凝器换热性能进行了实验,并在特定工况下,通过温度场分析了各股流体间的换热特性。经数值计算与实验结果的对比,流体换热量的最大相对误差为8.08%,满足工程设计计算需求。通过定性分析,认为流体流量分配不均、相变流体潜热以及相变对流表面换热系数的计算是误差的主要来源。     

实际中冷时多级压缩最佳压比的计算

目前，多级压缩最佳压比分配是在中间冷却效果完善及不考虑中冷时存在的压力损失条件下，按压缩机理论耗功为最小来确定的。结论是各级压比分配相等时为最佳，但实际中冷情况并非如此。本以理论耗功最小为目标，分别在换热率恒定或吸气温度恒定等实际中冷的条件下，导出2级和3级压缩最佳压比分配的计算公式，并以2级为例，分析偏离最佳压比值对耗功能的影响。得出多级压缩最佳压比分配与中冷条件有关，即使在相同的冷却条件下，2级和3级压缩最佳压比分配趋向也不相同，对于2级压缩而言，实际压比在最佳值的（0.96-1.06)范围内变化对耗功影响不大于理论耗功值的0.5%，这可视为调整压缩机压比的许可范围。     

动力涡轮驱动的逆升压式空气循环制冷系统优化设计

基于典型飞行剖面分析计算,对目前电子设备吊舱所应用的各种环境控制系统进行了简要介绍,并分别分析了其优缺点.通过比较指出:动力涡轮驱动的逆升压式空气循环制冷系统是适用于电子设备吊舱冷却的有效方案之一.此系统在保证冷却涡轮处于设计工况的条件下,让部分冲压空气通过动力涡轮,因此,不会有非设计工况下冷却涡轮效率下降的问题,可以获得较大的制冷量.本文建立了该系统及各附件的数学模型,确定了系统设计计算方法,并分别以系统质量最小和性能系数最高为优化目标函数,提出了系统优化设计方法.     

碳纤维织物增强树脂复合材料准静态压缩力学性能实验

针对一种碳纤维二维正交平纹机织布增强树脂基复合材料,对其三个主方向（垂直于碳布方向、碳布经向、碳布纬向）进行了准静态压缩实验,得到了三个主方向上准静态条件矿下的应力-应变曲线和压缩强度。通过对各主方向上的应力-应变曲线的分析,表明该复合材料各主方向上压缩力学性能是碳纤维和树脂基体的力学性能共同起作用的结果,同时碳纤维的初始微屈曲对纵向压缩力学性能、压缩强度都会产生很大影响;碳布经向和纬向的压缩强度都低于垂直于碳布方向的压缩强度,但弹性模量较高;各主方向的压缩破坏模式也有所不同。     

基于深度相机的飞机中央翼油箱高精度三维重建方法

提出一种基于深度相机的飞机中央翼油箱高精度三维重建方法。该方法用多视点云实现配准,配准过程包括粗配准和精配准两个阶段。首先在2个点云上建立点对特征（Point pair features,PPFs）作为全局模型描述。然后,对一组粗配准位姿进行投票,得分最高的位姿作为初始位姿。在此初始位姿的基础上,构造颜色和几何的联合目标函数,利用迭代最近点（Iterative closest point,ICP）对点云进行对齐。将上述过程应用于相邻帧点云,并通过图优化重建结果,实现完整的飞机中央翼油箱三维模型重建。与其他方法相比,本文方法实现了高精度的三维重建。此外,当遇到重复的特征和结构时,传统的ICP可能缺乏稳定性,但本文方法仍然适用。     

离心压缩机系统喘振的实验研究

在一个小型低压离心压缩机喘振实验台上，针对不同储气槽容积、不同转速和不同阀门开度的各流量工况，对离心压缩系统的喘振现象进行了观察。介绍了使用示波器观察热线信号判断系统中倒流发生的方法，可用于实时地监测深度喘振的发生，同时，还对各种工况下的喘振形态及性能变化进行了实验观测。     

飞机座舱有机玻璃结构疲劳寿命估算的局部应力法

基于飞机座舱有机玻璃为脆性材料的特性，提出估算飞机座舱有机玻璃结构件疲劳寿命的局部应力法。它以缺口件韧带上距离缺口根部d处的局部应力为参数，对照光滑试验件的S-N曲线，利用线性累积损伤理论，可以较好地预测结构件的疲劳寿命。对飞机座舱有机玻璃YB3的三种结构件进行了疲劳试验和寿命分析，结果表明：寿命估算结果与试验结果吻合较好。     

一种高温瞬时灭菌民用飞机空调系统（英文）

飞机座舱是一个狭小的封闭空间环境,空调系统的供气品质关系着舱室乘员的健康。为了保障新型冠状病毒(2019-nCoV)疫情期间飞机座舱内乘员的健康安全,本文提出了一种新型的高温瞬时灭菌空调系统(Ultrahigh-temperature instanteous sterilization air conditioning system,UHT-ACS)。在此基础上,对不同飞行状态下的UHT-ACS系统和传统飞机空调系统(Air conditioning system,ACS)进行了仿真计算。通过分析可知,UHTACS系统中的座舱再循环空气与高温高压的发动机引气相混合后,混合空气温度可达148.8℃,从而实现高温瞬时灭菌的目的。当热天UHT-ACS系统进行制冷时,系统送风温度为12℃左右,当冷天UHT-ACS系统进行加热时,系统送风温度为42℃左右,满足飞机空调系统的要求。通过与传统飞机空调系统的对比可知,当系统新风量为60%,再循环空气为40%时,本文提出的新型UHT-ACS系统供气温度与传统飞机空调系统供气温度一致,并且UHT-ACS系统的涡轮出口空气温度要高于传统飞机空调系统,这有助于降低涡轮出口结冰的风险。因此,本文提出的新型UHT-ACS系统可满足飞机不同飞行状态下的空气调节需求,能够为飞机座舱提供安全供气。