微型氙气供给模块性能研究及在轨应用

传统氙气供给系统由于系统复杂、重量体积大、价格昂贵、生产周期长等劣势,已无法适应低轨互联网卫星星座对低功率霍尔电推进系统的轻质化、低成本及快速研制的发展要求。本文提出一种基于复杂流体通道先进成型和微型化流体控制部件相结合的Bang-Bang控制型微型氙气供给模块,对其结构组成和工作原理进行了介绍。基于Matlab与AMESim联合仿真方式搭建了其系统动态仿真模型,并采用Peng-Robinson方程考虑了氙气的超临界特性,对其Bang-Bang压力控制特性进行仿真研究。对微型氙气供给模块与600W霍尔推力器的在轨数据进行了分析,产品在轨工作稳定,在轨数据与仿真结果相吻合。     

无人机滑橇缓冲装置动力学仿真分析

着陆缓冲装置的性能主要依靠缓冲器来实现,而缓冲器的仿真建模是虚拟样机设计的关键,传统的缓冲器建模方法主要采用理论公式法,其精度较难确定。根据无人机的使用要求,设计一种适用于伞降回收的滑橇缓冲方案;运用缓冲器静压试验及缓冲器落震试验数据曲线建立缓冲器动力学模型;基于缓冲器动力学模型研究全机多刚体落震模型,对无人机着陆缓冲过程的动态特性进行仿真分析;应用有限元技术对滑橇结构动态响应进行非线性动力学仿真分析,并根据仿真结果优化滑橇缓冲装置设计参数。结果表明:仿真结果与全机落震试验结果相吻合;所建立的无人机落震模型精度较高,满足工程需要,能极大地减少试验成本,缩短研制周期。     

微电推进贮供系统开发与系统级仿真研究

针对传统电推进贮供系统应用于微小卫星任务时重量和体积庞大的问题,提出一套小型化、轻质化、低成本的微电推进贮供系统设计方案并进行了开发工作。采用聚醚醚酮复合材料（PEEK）制作的毛细管替代金属毛细管用于微流量控制,以氪气为工质进行试验,验证了其能够在±1%控制精度内实现0.0291～0.4145 mg/s的稳定流量输出。本文在Amesim中构建系统级一维瞬变模型,进行微电推进贮供系统仿真,并与试验结果对比验证模型的有效性与准确性。对仿真结果进一步分析阐述了系统从启动到稳定工作过程中压强超调、稳定段流量波动等工作特性以及减压器弹簧及膜片刚度、毛细管内径等关键参数的影响规律,通过对各部件热力状态参数动态变化的分析揭示了工质气体向下游供给过程中流动、传热与控制耦合作用的物理机制。     

航空发动机燃油系统数值模型仿真与验证

以航空发动机燃油系统为研究对象,简要介绍了燃油系统的工作原理,建立了燃油系统主要组成单元计量活门、电液伺服阀、等差活门的数学模型。并在Matlab/Simulink环境下,构建了整个燃油系统的仿真模型。通过在试验器上进行的燃油系统与电子控制器的联合调试试验,对仿真结果进行验证。仿真与试验结果的对比表明:所建模型的仿真结果与试验结果吻合较好,基本符合设计要求,能反应燃油系统的实际工作情况。     

阻拦系统动力学建模与仿真

 以Mark 7 Mod 1型阻拦系统为基础,借助其中的油液流量系数的经验公式,将其扩展到Mark 7 Mod 3型阻拦系统。首先,将K-5型凸轮曲线进行扩展,重新设计凸轮曲线,使主液压缸的行程增加到4.65 m,进而增加了阻拦系统的容量,实现阻拦系统的优化。其次,考虑到主液压缸的质量不能被忽略,通过引入绳索的弹性形变,实现了阻拦过程主液压缸惯性、滑轮缓冲装置的惯性和飞机惯性的综合动力学仿真。再次,增加了滑轮缓冲系统,使阻拦系统的液压模型更为准确、完整。最后,在考虑了凸轮阀控制曲线以及锥形阀流量系数等各项参数变化的情况下,研究飞机各状态与阻拦系统中各参数的相互影响情况。     

变负载流量调节阀电液伺服作动系统研究

针对高空台上流量调节阀在全包线飞行环境模拟过程中,因气动负载变化大而存在难以快速调节以伺服跟踪位置指令这一问题,提出一种考虑负载变化作用下电液作动机构的建模方法。对使用该方法建立的模型从两个方面进行仿真验证:首先将建立的变负载电液作动机构AMESim开环模型仿真结果与真实试验数据对比,两者相对误差不大于1.78%,验证了模型的准确性;其次在阀前、阀后气动压力干扰变化情况下进行闭环仿真,斜坡响应相对误差不大于1.26%,正弦响应相对误差不大于1.40%,验证了系统的伺服跟踪性能和抗干扰性能。     

补燃循环发动机关机过程仿真研究

以补燃循环液氧煤油发动机系统为研究对象,对其关机特性进行了研究。在分析发动机系统工作原理的基础上,应用模块化建模的思想,建立了该系统中各主要部件的数学模型;采用新的面向对象仿真语言Modelica和MWorks平台,开发了可扩展的发动机仿真模型库;在此基础上,利用模型库搭建了液氧煤油补燃循环发动机关机过程仿真模型,并对发动机关机过程进行了仿真计算,计算结果表明与试车数据基本相符,其中稳态相对误差小于5%,动态相对误差小于15%,初步验证了所建仿真模型的正确性;进一步分析了吹除气体压力、阀后腔道容积、关机工况等因素对发动机关机过程的影响。     

起落架缓冲性能仿真与参数优化设计

应用ADAMS调用LE500飞机主起落架CATIA-V5模型，建立了缓冲系统动力学分析模型，对LE500主起缓冲系统进行了动力学仿真与系统参数优化，仿真结果与试验结果具有较好的一致性，参数优化设计有效地降低了起落架过载。     

射频离子推力器多元工质束流调节试验研究

为了获得射频离子推力器离子束流随放电参数的变化规律,采用试验研究的方法,就推力器引出束流与射频功率强度、工质种类、工质流量之间的调节规律开展了研究,搭建了射频离子推力器束流调节试验系统。研究结果表明:屏栅电压1200V,加速电压-250V,射频功率200W～700W,工质流量0.2mg/s～4.76mg/s,Xe,Ar,O_2,N_2四种工质下能够可靠放电并稳定引出,实现束流从54mA～467mA的调节,电离效率XeArO_2N_2,离子束流随射频功率和工质流量线性增加,在1.01mg/s的氙工质下,推力、比冲随射频功率从100W～400W线性增加实现推力7.35mN～27.5mN,比冲1191s～3696s大范围连续可调,工质利用率为21.1%～78.8%,并在射频功率为276W时工质利用率和功耗之间存在明显拐点,在应用中要根据任务选择最佳工作区间,合理控制工作参数可以提高推力器工作性能和效率。     

基于电液伺服控制燃油泵的航空发动机控制与仿真

为探索轻质化燃油系统结构,基于电调燃油变量泵的航空发动机转速控制系统,构建了柱塞泵斜盘位置电液伺服控制系统,油泵出口燃油直接输入电液伺服阀;建立了电液伺服阀线性化模型。通过数字仿真,研究了电液伺服阀工作特性,并得到了其适应性模型;在航空发动机特性半物理试验系统上,对斜盘位置电液伺服控制系统实物进行了验证试验,并与航空发动机模型一起构成了发动机转速闭环控制系统。结果表明：变输入压力的燃油电液伺服位置控制系统有效可行,变量泵工作稳定可靠,电液伺服阀模型能够准确反映实际工作状况;基于变参数PI控制算法的转速闭环控制初步取得成效。     

飞机电传刹车系统设计及验证技术

针对传统的刹车系统设计与系统试验验证的不足,在系统设计上提出了基于数字电传刹车系统的自动刹车控制技术、刹车压力反馈调节技术、射流管式压力刹车阀技术。采用基于虚拟样机的协同仿真技术和系统闭环半物理验证技术,建立了一套飞机数字电传刹车系统协同虚拟仿真验证方法和电传刹车闭环控制试验验证平台,提高了系统仿真试验的效率,缩短系统的研制周期。     

基于AMESim的直升机鱼叉液压系统的建模与仿真

介绍了直升机鱼叉液压系统的组成和工作原理,通过对鱼叉液压系统的实际工作情况进行研究,运用AMESim平台建立了直升机鱼叉液压系统模型,并对该模型进行仿真分析。将仿真结果与试验计算结果进行验证分析,结果表明仿真数据和试验计算数据基本吻合,较好地反映了鱼叉液压系统原理设计要求和动态特性,仿真结果可以为直升机鱼叉液压系统优化设计提供理论分析依据。     

液体火箭发动机缓冲式高压阀门关闭特性的流固耦合仿真研究

针对大推力液体火箭发动机阀门密封副结构易受冲击、寿命较短的问题，本文设计了一款缓冲式高压阀门，并对其关闭特性开展了流固耦合仿真研究。本文的仿真工作采用了基于任意拉格朗日欧拉法（Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE）的动网格技术，研究了阀门结构对缓冲效果的影响，获得了阀门关闭过程的动态流场特性与阀瓣运动特性。结果表明，相对无缓冲阀门，缓冲结构可使阀门动量增量绝对值减小25.14%，从而有效解决高压阀门关闭过程中产生的水击压力峰过大及对主阀座产生过强冲击问题，缓冲效果受最小环缝间隙与壳体间隙影响较大；最小环缝间隙与壳体间隙越小，缓冲效果越好；壳体间隙较小时，阀瓣主要表面压力更小，更有利于保护阀门部件与管路系统。     

三栅极离子推力器电子反流失效影响参数的敏感性研究（空间推进专刊）

针对电子反流失效模式主导的三栅极离子推力器加速寿命试验加速应力选择及长寿命优化,需要开展影响参数的敏感性对比研究,采用Hybrid-PIC-MCC（Particle in Cell- Monte Carlo Collision）方法,构建了三栅极系统数值仿真模型。采用模型研究了地面真空舱本底压力、屏栅电压、加速栅电压、屏栅与加速栅间距、屏栅上游等离子体密度和放电室工质利用率等参数的影响敏感度对比。研究结果显示真空舱本底压力可以作为加速寿命试验的首选加速应力,在推力器结构和工作本征参数中工质利用率为最敏感应力,其次是屏栅电压、屏栅上游等离子体密度、加速栅电压、屏栅和加速栅间距。研究结果为三栅极离子推力器地面加速寿命试验验证方案设计和长寿命优化设计提供了数据支持。     

气动阀门颤振的局部稳定与全局稳定特性

基于修正的库仑摩擦力模型,理论分析了气动阀门的非线性稳定特性,提出了阀门颤振的不稳定、局部稳定及全局稳定区域,定性解释了阀门在局部稳定区域颤振的必然性与偶然性;并针对某型号用保险阀,构建了基于AMESim的保险阀系统仿真模型,通过线性及非线性稳定性仿真分析,获得了该保险阀系统的局部稳定、全局稳定特性及库仑摩擦力对稳定性的影响特性,在此基础上,开展了不同摩擦力条件、扰动条件下的保险阀系统非线性稳定特性的试验研究,结果表明:对于非线性阀门系统,在局部稳定区域会存在小扰动稳定、大扰动不稳定的状态,从仿真角度解释了该保险阀系统在通气试验保持稳定而在通气振动试验中却发生明显颤振的现象;同时,库仑摩擦力增加可有效提升保险阀的系统稳定性及抗扰动能力,试验结果验证了保险阀非线性稳定性分析结果的有效性。      

离子推进系统仿真与故障诊断研究

离子电推进系统由于组成复杂，发生故障的概率大大增加，通过系统仿真并在此基础上开展故障诊断研究，对于识别故障原因及保障离子推力器系统正常工作具有重要作用。本文结合离子电推进系统各子系统数学模型，利用Matlab/Simulink实现了离子推力器系统仿真模型，基于LIPS-300离子推力器数据，对其性能进行了仿真，仿真模型输出结果与相关文献中已有的结果一致。采用该系统仿真模型结合故障因子，对故障状态的离子推力器系统进行了仿真，利用得到的故障数据与Matlab神经网络工具箱建立了离子推力器故障诊断系统。利用仿真模型额外生成另一组已知对应故障模式的故障状态运行数据，并利用该组数据对故障诊断系统进行了诊断能力测试，系统诊断结果与其已知对应故障模式相比，正确率为93.8%。     

基于数据挖掘算法的热压罐固化周期预测研究

目前,计划人员只能根据相关工艺文件中固化参数及热压罐固化周期的历史数据对热压罐进行连续排罐,导致计划人员无法制定精细的排产计划,还没有利用数据挖掘算法对热压罐固化周期进行预测的研究。采用支持向量回归和KNN预测两种预测方法,并对两种方法的预测结果进行对比试验。试验表明KNN预测的预测结果中有90%的罐次均优于支持向量回归的预测结果,且有90%罐次的误差小于0.5h。最后对两种方法的预测结果进行了原因分析。     

基于ADAMS/Aircraft的大型飞机起落架动态性能仿真分析

首先利用ADAMS/Aircraft建立了支柱式起落架虚拟样机模型及全机虚拟样机模型,对建立的起落架缓冲系统进行了受力分析。应用以上建立的模型,分别进行了主起落架落震仿真试验和全机着陆动力学仿真试验,并分析了仿真试验结果。仿真结果表明所设计的起落架能够满足飞机着陆性能的要求。     

基于模型的废气涡轮增压与发动机匹配

根据发动机工作过程模拟计算原理,采用GT-POWER软件对一级增压活塞式航空发动机建立涡轮增压器与发动机的仿真模型,并通过发动机实验数据验证了模型的准确性。按照高空环境条件对发动机提出的功率恢复的特殊要求,研究不同海拔高度下发动机与增压器的匹配规律,给出废气阀对增压系统的调节规律。分析结果表明,该仿真模型具有可信性且涡轮增压器的选型满足安全设计及匹配要求。     

碘工质电推进技术研究综述

深空探测任务和微小卫星的迅速发展给电推进系统提出了新的要求,碘工质由于其价格较低,便于存储等优点得到了广泛应用。概述了碘工质在电推进技术的应用现状,介绍了碘工质作为电推进剂在发射成本与存储方面的优势,分析了碘工质的物理,化学,放电特性,为碘工质电推进系统设计及性能优化提供指导,在此基础上分析了碘工质储供系统,真空系统和阴极设计方面所面临的问题及解决思路,列举了目前国际上报道的碘工质电推力器的性能参数。进行了碘工质会切场推力器点火实验,实验结果发现碘工质与氙工质在相同实验条件下放电电流类似,而且100min的实验结果显示碘工质对阳极及推力器通道的腐蚀并不明显。