侧管式高空代偿服加压力学工效分析

高空代偿服充压后会限制人体的活动,为探讨在不同压力水平下代偿服对人体作业工效的影响,进行了力学工效分析,主要包括力量测试、基于Vicon460三维运动捕捉系统下的活动范围和操作灵活性测试,并且针对耐受性和灵活性进行了主观测试.结果表明:①代偿服加压对作业工效产生显著影响(P<0.05),肩关节、髋关节比较敏感,1.96 kPa下降幅分别达62.2%和42.3%,10.49 kPa下肩关节后展降幅最大,为83.1%,其次是颈关节转动,为63.3%;②上肢受压力影响比下肢严重;③力量测试影响较小(P>0.05);④主观测试结果与客观数据一致,能够反映人体对不同代偿加压值的反应.其结果可为高空代偿服的评价和性能改善提供基础性资料,具有一定实际意义和应用价值.      

高空气球热力学模型与上升过程仿真分析

基于对高空气球热力学环境的分析,建立了热力学与动力学耦合的高空气球动力学模型;并采用该模型对某高空气球的上升与驻留过程进行仿真分析.结果表明:高空气球上升过程中内部氦气存在"超冷"现象,其中平流层区域"超冷"明显,氦气平均温差为-19 K;由于"超冷",其上升速度曲线呈双"V"形变化;强太阳辐射与弱对流环境使驻留过程中氦气呈现"超热"现象,平衡时氦气平均温度比环境温度高39 K,球内氦气超压648.8 Pa.数值仿真的速度、平均温度变化规律与相关飞行试验数据相吻合,说明该仿真模型是有效的.      

基于偏差模型的导弹发射动力学仿真

基于偏差模型的导弹发射动力学仿真是根据偏差来源建立相应的偏差模型,将偏差力、力矩与标准状态下的受力叠加得到导弹实际受力,再进行运动状态的求解.这种基于偏差模型的仿真系统既能够单独分析各项干扰因素对发射精度的影响,还能够综合多项干扰进行数值打靶模拟分析.针对某舰载倾斜发射导弹,仿真分析了发射臂振动、推力偏心、导轨不平、舰船运动等干扰因素对初始扰动的影响,并进行了5 000次数值打靶统计分析.在给定的干扰概率分布条件下,命中概率达到93.86%.     

驾驶机器人机械腿动力学建模与仿真分析

为提高驾驶机器人的设计效率,对机器人的机械腿进行了动力学分析与建模,并建立了机器人驾驶车辆的联合仿真模型。机械腿动力学模型由机械结构和伺服电机两部分组成,其仿真模型由ADAMS和MATLAB/Simulink软件共同建立,在此基础上引入CarSim软件建立车辆模型,并以Simulink为平台建立了基于闭环速度控制的“驾驶机器人-车辆”联合仿真模型。仿真结果表明,驾驶机器人机械腿的动力学模型具有良好的动态响应特性,且所搭建的联合仿真模型能够完成基本的车速跟踪仿真实验,为下一步改进驾驶机器人的机械结构及控制策略提供了虚拟样机模型。      

月球软着陆动力学分析与仿真

以4腿式月球探测器为研究对象,分析了探测器的部件结构与物理属性、月球物理环境等综合因素.在探测器动力学研究中,提出了一种基于结构的分块参数化仿真方法,分析探测器着陆时的受力,建立着陆腿与足垫等关键部件的动力学模型,利用简化探测器结构,综合各部分模型.结合虚拟现实可视化仿真技术,实现月球软着陆过程仿真.通过仿真反映出月面坡度与着陆速度、刚度系数与阻尼系数等初始条件对软着陆效果的影响,验证方法的有效性.该方法已成功应用于登月工程研究.     

卫星天线双轴定位系统虚拟样机动力学仿真

首先概述了双轴定位系统工作原理,在对系统结构进行分析、简化的基础上建立了双轴定位系统三维实体模型。其次,详细说明了基于三维实体模型的虚拟样机建模方法。然后,对虚拟样机进行了运动学和动力学仿真,并针对仿真结果进行深入细致分析,为卫星天线双轴定位系统物理样机的优化设计提供了技术支持。     

松软土壤环境下月球车动力学与控制的仿真工具

  开发一种月球车三维可视化动力学与控制的仿真工具。该工具融合多刚体系统动力学、车轮-土壤交互动力学以及运动控制系统模型,可以模拟松软土壤与复杂地形等环境,评估月球车在这些环境下的运动状况,并研究如爬越松软土壤的大角度坡面等关键工况下的运动控制方法及其优化。最后给出月球车在该仿真工具上运动控制的应用实例。     

航天员活动的计算机仿真中人体动力学模型

研究了失重状态下人体的动力学方程。从动量矩守恒原理出发，应用矢量力学和多刚体动力方法建立起失重状态下人体的动力学模型，所得方程是一阶的，适用于计算机编程。方程的求解只要求输入人体基本的质量特性参数和相邻肢体的运动控制规律。文末给出了一个航天员通过双腿的圆锥摆运动来改变其自身姿态的例子，并求得了解析积分式。     

拖靶系统飞行动力学数字仿真研究

首先对拖靶系统飞行动力学模型进行了简化,阐述了拖靶系统飞行动力学数字仿真基本原理。其次对模型进行了线性化处理,确定了升力与舵翼角的关系、张力变化与高度变化的关系以及垂向速度对应的阻尼系数,进而建立了垂向高度、速度以及舵翼角之间关系的线性微分方程,求得了拖靶垂向运动传递函数。最后在不同海情、不同加速度偏差以及不同高度偏差等使用条件下,对拖靶系统的工作过程进行了全数字仿真研究,其研究结果有助于拖靶系统的设计和应用研究。     

大型空间可展薄膜结构动力学仿真分析

相对于传统的航天器平面刚性天线结构,柔性可展薄膜结构因其质量轻、收拢体积小等优点成为大型天线的重要发展方向,特别是在天基合成孔径雷达（SAR）天线高分辨率对地观测技术领域具有广阔的应用前景.为掌握其在轨结构动力学特性,基于温度-结构预应力导入方法建立了大型空间可展薄膜结构的动力学模型,分析了可展薄膜结构的动力学性能参数,同时基于建立的动力学模型开展了可展薄膜结构的优化设计研究,得到主要设计参数对可展薄膜结构动力学性能参数的影响权重,为其工程化实施奠定了理论研究基础.     

多舱段载人航天器氧分压控制仿真分析

为确保乘员安全性,载人航天器需通过氧分压控制系统将密封舱内的氧分压控制在指标范围内.提出了一种两舱段载人航天器密封舱氧分压控制系统数学模型,包括密封舱体、乘员、供氧组件、舱间通风(IMV)等多个子模块.通过与相关试验数据进行对比,证明了数学模型的准确性.针对由两个容积为60 m3密封舱组成的组合体,利用该模型分析了乘员驻留位置、舱间通风量、氧分压监测模式对两舱氧分压的影响.结果表明:当舱间通风量为0.5 m3/min 且6人驻留在氧分压非主控舱时,两舱氧分压上限差别达到2.2 kPa.两舱氧分压差别会随着舱间通风量的增加而减小.单舱监测模式和两舱监测模式对两舱氧分压影响并不显著,当舱间通风量超过1.5 m3/min时,两种控制模式的氧分压控制效果趋于一致.      

发动机短舱泄压过程瞬态仿真

发动机短舱泄压门的设计会影响到短舱的安全性,泄压是一个动态变化过程,与舱内外压力、外界气流马赫数及泄压门结构有关。基于Modelica语言建立了短舱泄压过程零维瞬态仿真数学模型,并通过计算流体力学（CFD）方法得到不同开启角度下所需泄压门排放质量流量和力矩系数,并将这些系数代入零维瞬态仿真数学模型,得到了短舱泄压过程中舱内压力、泄压门开启角度等关键参数随时间的变化关系,分析了泄压门开启舱内压力阈值及最大开启角度对泄压过程的影响。研究结果显示,降低泄压门开启舱内压力阈值会使泄压过程到达平衡阶段时间减小,但是对平衡阶段舱内压力和往复摆动角度/幅度无影响。适当降低最大开启角度可有效降低泄压平衡阶段往复摆动角度/幅度,而对初始阶段的泄压速率和平衡阶段的短舱内部压力基本无影响,但是随着最大开启角度进一步降低,则会导致泄压速率下降,并使平衡阶段短舱内部压力升高。      

多级降压调节阀内部流动特性数值模拟

为研究多级降压调节阀内部流动过程和各降压级的压降影响因素及规律,基于Mixture两相流模型和Schnerr-Sauer空化模型的数值计算方法,建立了多级降压调节阀内部流场的计算模型。通过数值模拟计算,获得了调节阀内部的流动特性,分析和探讨不同压差和不同阀门开度下各降压级压降特性。数值计算结果表明：流体流经阀门节流元件时,由于多股流体的强烈掺混和剪切使得阀门内存在大量的漩涡;各降压级的压降存在一定的差异,第3级套筒处的空化程度最大,阀座处更易发生空化;阀门在同一开度下,工质沿各降压级的压降在不同压差下的变化趋势相同;第3降压级的压降随阀门开度的减小而增大,在25%开度下阀门第3降压级的平均压降最大,达到了8 MPa,相同流量下该降压级小孔中工质的速度也增加。研究结果为降压阀的合理设计提供了理论依据和参考价值。     

Biological nitrogen fixation under primordial Martian partial pressures of dinitrogen.

Early Earth and early Mars were similar enough such that past geochemical and climatic conditions on Mars may have also been favorable for the origin of life. However, one of the most striking differences between the two planets was the low partial pressure of dinitrogen (pN2) on early Mars (18 mb). On Earth, nitrogen is a key biological element and in many ecosystems the low availability of fixed nitrogen compounds is the main factor limiting growth. Biological fixation of dinitrogen on Earth is a crucial source of fixed nitrogen. Could the low availability of dinitrogen in the primordial Martian atmosphere have prevented the existence, or evolution of Martian microbiota? Azotobacter vinelandii and Azomonas agilis were grown in nitrogen free synthetic medium under various partial pressures of dinitrogen ranging from 780-0 mb (total atmosphere=1 bar). Below 400 mb the biomass, cell number, and growth rate decreased with decreasing pN2. Both microorganisms were capable of growth at a pN2 as low as 5 mb, but no growth was observed at a pN2 < or = 1 mb. The data appear to indicate that biological nitrogen fixation could have occurred on primordial Mars (pN2=18 mb) making it possible for a biotic system to have played a role in the Martian nitrogen cycle. It is possible that nitrogen may have played a key role in the early evolution of life on Mars, and that later a lack of available nitrogen on that planet (currently, pN2=0.2 mb) may have been involved in its subsequent extinction.     

旋转状态气膜冷却的大涡模拟

用大涡模拟的方法考察了静止和旋转状态下有直径4mm,35°流向倾斜圆柱孔的平板上气膜冷却的流动和换热,将静止状态预测的速度型与实验数据进行对比验证了计算结果的合理性.在固定吹风比为0.5、冷气进口雷诺数为2 588的情况下,静止和旋转状态的涡量分布出现明显差异,且旋转状态射流与主流相互作用的剪切层沿展向偏离气膜孔的几何中心线,使得原有对转涡对不再关于孔中心线对称分布,漩涡识别技术也发现典型的涡结构受旋转影响发生形态和运动规律的改变,进而影响湍流结构对主流和冷气掺混的作用.     

背景压强对电推进羽流场影响的数值模拟

真空舱内背景压强是电推力器地面试验过程中影响工作性能评估和羽流场参数诊断的重要参数。针对LIPS-200型离子推力器羽流场参数的数值仿真中采用的背景压强建立方法进行了仿真分析。仿真中采用混合粒子网格(PIC)方法和直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法处理羽流场中等离子体运动和粒子间碰撞,分别采用虚拟粒子和计算粒子建立压强的方式,对电推进羽流场进行了数值模拟,并与绝对真空环境进行对比分析。结果表明:背景压强的存在导致中性粒子和电荷交换离子数密度较绝对真空环境高1个量级以上。虚拟粒子可大幅提高计算效率,获得的流场中电荷交换离子分布与计算粒子结果相近,但中性粒子分布相差较大,虚拟粒子无法表征壁面及真空泵的影响。      

基于压差梯度的平流层飞艇艇囊应力计算和仿真

平流层飞艇体积庞大,艇囊表面曲率小,因而蒙皮材料的局部应力集中极易导致飞艇艇囊蒙皮发生过大变形而迅速超压损伤破坏.基于飞艇艇囊内外压力压差梯度载荷条件,建立飞艇艇囊蒙皮受内外压差真实工况下环向与轴向应力的理论计算模型,构建飞艇蒙皮应力分析的Von Mises强度准则.并采用ABAQUS有限元软件非线性仿真艇囊蒙皮分别在超压300,500,800 Pa载荷下的各点环向的Von Mises应力状况.仿真结果与理论模型计算的应力值基本保持一致,飞艇艇囊蒙皮环向Von Mises应力呈现随压差梯度增大而递增的规律,而轴向Von Mises应力大小由环向Von Mises应力、蒙皮局部经纬向曲率共同决定,且两方向的Von Mises应力均与超压载荷大小成正相关关系,为飞艇艇囊蒙皮超压应力评估和强度计算提供基础性研究.     

低温加压条件下EVA手套的力量分析

为了研究航天员舱外活动时的手套压力和太空低温复合效应对操作力量的影响,选取最大握力和握力疲劳两个指标评价手动作业力量,其中握力疲劳采用做功能力评价.操作力量抓握试验所需的不同温度和压力是通过在低温模拟舱中利用液氮降温以及真空泵抽气实现.结果表明:戴手套对最大握力和握力疲劳的影响都非常显著;与常温常压戴手套相比,压力(29.6 kPa,39.2 kPa)单独作用对最大握力的影响显著,低温单独作用对最大握力的影响并不显著,而二者对握力疲劳的影响都非常显著;在加压和低温复合作用下,最大握力和握力疲劳会进一步受到显著影响.可见手套压力和太空低温复合效应严重降低了航天员手部力量的发挥,航天员舱外作业人-手套系统的研究需考虑复合因素的影响.     

Lipid peroxidation of plants under microgravity and its simulation.

In series of space experiments aboard the biosatellites "Cosmos 1887", "Bion 9", the orbital stations "Salut", "Mir" and under clinostating, changes of lipid peroxidation (LPO) and antioxidation activity (AOA) of Chlorella, Haplopappus tissue culture, wheat and pea roots were determined. The changes had a complex fluctuation character; three steps of response were established: LPO decreasing accompanied by AOA increase; stabilization LPO <==> AOA balance; secondary LPO activation. Most early and highly amplitude decreasing of LPO were fixed in mitochondria. The rate of response have been increased on multicellular level of plants organization.