气动加热参数辨识在型号设计中的应用

针对战术导弹飞行试验的温度实测问题，通过测量弹体表面的温度。引入敏感系数，提出弹体表面气动加热热流的参数辨识方法。解决了该参数辨识定解问题的不适定性，从而获得导弹飞行全程的气动加热热流信息。飞行试验表明，通过参数辨识可获得较现有气动加热计算方法更为精确的结果，能提高设计的准确度。该计算方法在导弹设计中有较大的应用价值。     

航天飞行器中舷窗温度场及换热的研究：外部界面处于第三类非线性边界条件

本文采用控制容积法,光线踪迹法结合谱带模型,研究航天飞机返回大气层时舷窗硅玻璃的非稳态复合换热。文章给出了界面S_2处于第三类非线性边界条件下,舷窗硅玻璃内部的温度场和进入机舱内部的热流密度。计算结果表明,如不考虑硅玻璃内部的辐射作用,对温度场影响不太大,但对进入机舱内的热流密度将会产生很大的误差。     

基于MOEA/D的三锥体拦截器气动外形优化设计

针对由临近空间拦截器飞行环境变化剧烈导致的热流密度过高等问题,提出一种多目标外形优化设计方法,并针对一种新型三锥体临近空间拦截器外形进行优化设计。首先,建立飞行器的气动、弹道、气动热等多学科分析模型,利用高斯-伪谱法计算拦截弹道,利用桥函数法建立气动模型,并利用Fay-Riddle方法估计气动热流密度。然后,以飞行器航程、总热流量和飞行时间为优化目标,采用基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)与伪谱法将该问题转化为一组单目标优化子问题,得到Pareto前沿并进行相关分析。最后,给出一个优于基准值,同时满足性能指标要求的新型外形。结果表明:该优化方法具有可实现性,为未来的飞行器设计提供了新思路。     

一种运载火箭时变结构模态参数辨识的确定性演化方法

针对运载火箭的时变结构模态参数辨识问题进行研究,基于时变自回归滑动平均(TARMA)模型,提出一种时变结构模态参数辨识的确定性演化方法。该方法利用小波基函数的良好局部函数拟合能力,将墨西哥帽小波函数作为TARMA模型时变系数的空间基底,构建了基于小波函数的泛函序列时变自回归滑动平均(FS-TARMA)模型,并发展了两步最小二乘估计方法,实现了时变系数的解耦估计。通过有限单元法,建立了阿里安V号芯级运载火箭时变有限元模型,对所提辨识方法进行了验证,结果表明:墨西哥帽小波基FS-TARMA方法能够有效地辨识系统的时变模态参数;与传统傅里叶基FS-TARMA方法相比,具有更好的辨识精度,并且能够准确地反映出模态局部细节特征。     

高超声速钝球柱外形表面热流分布研究

文章采用数值求解雷诺平均Navier-Stokes方程方法对高超声速钝球柱地面试验模型进行了计算,比较了不同头部半径和肩部半径条件下表面热流的分布特征。研究表明：钝球柱头部区域表面热流分布与头部半径和肩部半径紧密相关。其中,头部半径对热流分布特征和热流大小均存在显著影响。当头部半径较小时,头部区域热流呈现双峰值分布,热流由驻点峰值逐渐下降,接近肩部时开始上升,至肩部峰值点后又继续下降。随着头部半径的增大,驻点热流减小,肩部热流增加,双峰值分布逐渐演变为单峰值分布,热流由驻点单调上升至肩部峰值点;相对于头部半径,肩部半径主要影响热流大小,驻点热流和肩部热流均随肩部半径的增大而增加,不同肩部半径计算模型的头部热流分布规律基本一致。     

液体火箭发动机喷管壁面辐射热流的数值计算

为火箭发动机喷管设计及其冷却系统的设计提供有效参考数据作为应用背景,计算喷管壁所受的红外辐射热流。分别推导了有限体积法和反向蒙特卡罗法适用于不含粒子条件下喷管壁面所受红外辐射热流的计算公式,并针对不同的边界条件设定,重点分析了有限体积法的特性,并提出了有限体积法的局限性。最后,以某三维双圆弧喷管模型为例,用有限体积法和反向蒙特卡罗法自主编写程序计算在不同边界设定下壁面受到的红外辐射热流密度。通过计算结果对有限体积法的局限性进行了论证,同时肯定了反向蒙特卡罗法在壁面辐射热流计算上的优势。     

基于羽流效应分析的航天器发动机布局设计研究

为解决由航天器姿控发动机等带来的羽流热效应问题,文章通过仿真得到了在不同的发动机布局下航天器表面的羽流热流密度分布情况,通过增大发动机的推力线角度和安装点高度,可以使得发动机羽流核心区远离航天器表面,从而降低喷流对航天器表面的加热效应。综合考虑控制力矩及推力损失、布局包络和发动机支架设计等因素,对某航天器发动机布局进行了优化设计及羽流热防护设计。     

基于Kriging近似函数的变复杂度近似模型

为解决飞行器多学科不确定性设计与优化过程中多次调用计算复杂的高精度学科分析模型带来的计算复杂性问题，结合变复杂度建模思想和Kriging近似函数，建立了基于Kriging近似函数的变复杂度近似模型。该近似模型的构造基于较少的高精度模型取样点和较多的低精度模型取样点，在满足近似精度的要求下可大大减小高精度模型近似模型构造的计算成本。数学算例和某飞行器气动力变复杂度近似模型算例证明了该方法的有效性。     

提高红外灯阵热流模拟均匀性的优化设计方法

真空热试验中通常使用红外灯阵作为整星试验和太阳电池板试验的外热流模拟装置。文章从平面灯阵的研究出发,建立了使用红外灯阵作为外热流模拟装置时到达被加热面热流密度的计算模型,对影响热流密度均匀性的因素进行了分析,提出了红外灯阵优化设计方法,以提高热流模拟时卫星表面的热流密度均匀性。研究结论可以用于指导真空热试验所用红外灯阵的工装设计。     

倾斜轨道卫星活动天线热控特点分析

对某低轨倾斜圆轨道卫星的外热流环境进行了分析。用蒙特卡罗法计算了卫星六个表面的外热流。研究了该轨道条件下舱外活动天线热控特点,提出了该类卫星活动天线的热控设计原则和初步方案。     

热屏绝热型热流计可行性分析

热平衡试验是航天器热控设计的重要环节,外热流模拟和测量是热平衡试验的两个关键因素。两者的不准确将给热平衡试验带来不可预估的影响。因此热流测量技术是热平衡试验的关键技术之一。目前使用的热流计测量低热流密度时存在较大误差,为此研制一种高精度热流计——热屏绝热型热流计来测量热流。该热流计主要包括敏感面和热屏两部分。敏感面用来测量热流,热屏则为敏感面提供一个绝热环境。其关键技术是在热屏和敏感面充分隔热的基础上,采用跟踪控温的方法使热屏和敏感面的温度相同,从而使两者之间的热交换可以忽略。文章利用热分析计算分析了该热流计其敏感面和热屏的等温性能满足热流测量要求;并利用试验证明了跟踪控温技术可行,热屏和敏感面温度一致,从而说明了该热流计测量热流的可行性。     

喷管尺寸对电弧风洞流场和热环境的影响分析

为获得电弧风洞喷管尺寸对试验流场以及模型表面热流的影响规律,针对某特定模拟参数试验状态,采用高焓流动数值模拟方法对不同尺寸锥形喷管下的球柱校核模型试验流场进行了模拟和比较分析。研究发现,在模拟气流焓值和模型驻点热流的条件下,采用出口尺寸小的喷管所需电弧加热功率更低,同时单位流向截面上气流能量转化为模型驻点气动热的比例更低。不同喷管出口尺寸下,试验流场喷管出口区域热力学非平衡程度、波后氧原子质量分数、模型驻点区域压力以及表面传导热流和扩散热流占比都比较接近,但相较飞行状态存在明显差异;不同喷管出口尺寸下来流速度、激波脱体距离以及驻点线上平动温度之间的差异明显,喷管出口尺寸越大,其与飞行状态越接近。     

基于消隐算法的空间结构有效辐射面判断方法研究

空间环境中若投入能量是均匀的,则到达空间结构表面的外热流只与空间结构在投入能量方向上的有效投影面积有关.据此,对空间结构外热流的求解问题将转化为空间结构有效投影面积的求解问题.文章参考图形学的相关算法,提出了一种快速的、具备较高精度的重叠投影区域判断方法,用于辅助空间结构有效投影面积计算.以大型复杂卫星为例,采用该算法...     

新建自激反激变换器方程及其解析解

本文的目的是寻找自激反激变换器运行状态特征参量 (运行频率、磁通密度等 )与设计这种变换器所用的基本物理参量之间的函数关系。所用方法与传统方法不同 ,不用电磁学中定义的电气特征参量L ,而基于磁路参量及磁能密度表征变换器输入能量 ,建立了自激反激变换器运行状态特征参量应满足的方程并得到所需的解析解。这个新的结果不仅使设计这种变换器十分简便 ,而且揭示了这种变换器的许多运行特性 ,其中有些是前所未知、意外且十分重要的     

航天器热试验外热流实施和测试探索

介绍了空间探测卫星热平衡试验的外热流设计和测试方案,热试验中共采用了5种热流计,试验前进行了单体标定和等效热环境标定,测试到了红外灯功率与热流计温度响应特性。为准确验证卫星的温度特性,试验设计了瞬态外热流试验。绝热型热流计在热平衡试验中为控制热流计。     

外热流模拟对象在线辨识方法比较分析

用红外加热笼进行航天器外热流模拟时,要获得热流、温度的优良控制品质,前提是需要准确辨识被控对象模型。文章选取两次航天器热真空试验、多个回路实际测量数据,通过比较常见的3种辨识方法的辨识效果,认为相对于其它两种辨识方法,近似极大似然递推算法具有抗干扰能力强、适应不同噪声环境、参数稳定收敛等优点。     

基于遗传算法的RLV再入轨迹优化设计

飞行器再入轨迹优化是一类最优控制问题。传统的优化方法存在初始值敏感问题,利用改进的基于小生境技术和精英方法的适应值共享拥挤遗传算法进行RLV的再入轨迹优化设计。以终端时间固定的空间最小控制能量再入轨迹和终端时间自由的平面最小热载再入轨迹为例,详细讨论了遗传算法用于再入轨迹优化设计所需要解决的一些关键问题。仿真结果表明提出的方法能够较快地搜索到全局最优解,对初始猜测值不敏感,能够方便用于RLV的再入轨迹方案选择和优化设计。     

航天器再入全过程轴对称烧蚀热防护数值仿真研究

对航天器再入全过程轴对称烧蚀热防护进行了全过程数值仿真研究.采用修正Lees驻点热流密度方法和参考焓方法计算再入热流密度.采用JANAF模型计算烧蚀率.利用有限元法计算钝锥体再入航天器烧蚀层在移动边界条件下的轴对称温度场.采用碳化层-热解面-原始材料的轴对称碳化烧蚀模型;推导了热解气体流量计算方法.针对再入飞行大热流密度条件下,用有限元方法求解瞬态温度场时会产生的时间和空间上解的振荡问题.通过分析温度振荡现象产生的原因,采用集中热容矩阵向后差分方法解决振荡问题.计算结果表明,在时间步长选择合适的情况下,求解集中热容矩阵能够很好地解决数值振荡问题,同时烧蚀率和温度场计算比较准确.     

高超声速飞行器鼻锥迎风凹腔结构防热效能研究

对高超声速飞行器鼻锥使用迎风凹腔结构作为热防护系统时,凹腔结构的防热效能进行了数值研究。通过与相关实验对比,验证了本文数值方法的可靠性,获得了鼻锥的流场参数,外表面、凹腔内壁面的热流分布,分析了不同的凹腔尺寸参数选择对鼻锥冷却效果的影响。结果表明迎风凹腔结构能够有效的对高超声速飞行器的鼻锥尤其是驻点区域进行冷却,凹腔越深,其冷却效果越好。鼻锥气动加热的最大热流并不在尖锐唇缘的顶点,而是位于凹腔内的侧壁面上,凹腔的深度(L)变化对最大热流的出现位置影响很小。除非凹腔很浅(L/D<0.5),凹腔底面的热流值都非常小,基本可以忽略。