单屏温度传感器内部流场数值模拟研究

单屏温度传感器普遍应用于航空航天领域中的气流温度测量,本文对单屏温度传感器的内部流场进行了数值模拟研究,获得了单屏温度传感器内部的速度分布、温度分布以及压力分布等参数,为该型传感器的结构设计和使用提供了理论支持。     

凝胶推进剂模拟液撞击雾化特性研究

为了寻求凝胶推进剂雾化机理、提高其雾化效果,开展幂律流体双股圆柱射流撞击的理论和实验研究。首先推导了幂律型流体射流撞击形成液膜的理论模型,在其中引入粘性力和能量损失。进而通过设计凝胶模拟液射流撞击实验,使用高速摄像机拍摄图像的方法进行了相关的实验研究,以验证理论的正确性。在此基础上,对撞击角度、射流速度分布及液体部分物性参数对液膜形状、厚度及速度分布的影响进行了分析,得到了相关参数的影响规律。研究结果表明,射流撞击角、速度型、液体表面张力系数、流变特性等均对液膜特性有明显影响,且流体本身的物理性质对撞击形成的液膜的影响更甚。     

基于荧光油膜的全局表面摩阻测量技术研究

针对表面摩阻传统测量方法的单点性和间接性,探索了荧光油膜进行全局表面摩阻分布的直接测量方法.建立了表征荧光油膜厚度与表面摩阻之间关系的油膜控制方程,引入附加约束和积分最小化方法,采用变分迭代方法求解表面摩阻分布.研制了可用紫外光激发的荧光油膜,采用紫外光源和高分辨率CCD相机,建立荧光油膜表面摩阻测量硬件系统.针对特定的三角翼模型进行了表面摩阻分布测量实验,获得了高分辨率的表面摩阻分布和相对幅值分布,并与文献理论进行比较分析.实验结果与理论分析完全一致,表明了基于荧光油膜的全局表面摩阻测量技术的有效性.     

液体火箭发动机尾焰金属发射光谱仿真与实验研究

液体火箭发动机尾焰包含丰富的光谱信息,可以作为检测发动机运行状态与故障情况的重要依据。本文建立了高精度的液体火箭发动机尾焰金属发射光谱数值模拟方法,该方法以逐线法（Line-by-Line,LBL）为基础,考虑介质的光学厚度影响。利用该方法,对液体火箭发动机发生故障时,尾焰中可能存在的铁、镍、钾发射光谱进行了数值模拟,模拟结果与NASA光谱模拟程序所得结果相吻合。最后,在甲烷-氧气、乙烯-氧气预混火焰开展了铁、钾发射光谱的实验验证,结果表明,以光谱面积与特征峰强度为对比参数,光谱模拟结果和实验结果的相对误差在2.5%以下,利用实验数据,进一步讨论了光学薄和光学厚两种模型的适用性。     

基于组织统计分析的大型铸件无损评估方法

针对大型、薄壁、复杂、整体、精密钛合金铸件各区域组织分布差异较大的问题,提出一种基于组织统计分析的大型铸件无损评估方法,在不破坏铸件的前提下,通过手持式显微镜获得铸件表层组织信息,建立表层组织统计学模型,给出铸件组织整体分布结果。通过对比分析无损评估获得的组织分布结果(A方法)与解剖取样后表层金相检测结果(B方法),研究该无损评估方法的可行性。结果表明:大型ZTC4钛合金铸件的晶粒尺寸均值、晶粒尺寸分布曲线的半高宽均符合高斯分布特征;采用无损评估方法能够有效评估其组织分布状况;本实验条件下,两种方法获得的铸件晶粒尺寸均值均随壁厚增加而线性增大,其变化率偏差在6%的范围内;所得晶粒尺寸分布曲线半高宽的相对偏差随铸件壁厚的增加呈指数增加的趋势,趋近于26%。     

模型燃烧室两相燃烧大涡模拟的并行计算

在三维任意曲线坐标系下采用欧拉-拉格朗日两相大涡模拟方法对模型燃烧室气液两相瞬态喷雾燃烧过程进行大涡模拟并行计算研究。通过大涡模拟计算结果与雷诺平均计算结果对比表明大涡模拟方法能更好的模拟流场细观结构。同时分别采用多个处理器和动态内存分配对大涡模拟并行计算程序进行数值模拟,并行计算结果表明:多个处理器之间并行计算结果与PIV测量的瞬态速度场以及出口温度分布实验数据相互吻合,表明采用并行计算和动态内存分配在保证计算结果正确的前提下,大幅度降低计算机内存和大涡模拟计算时间。     

基于LES的非稳态火焰面/反应进度变量方法模拟部分预混抬举火焰

为了描述部分预混燃烧的火焰机制,捕捉燃烧现象中的非稳态效应,采用大涡模拟与非稳态火焰面/反应进度变量方法相结合来模拟湍流部分预混燃烧抬举火焰,并将计算结果与实验测量值进行了对比研究。结果表明基于大涡模拟的非稳态火焰面/反应进度变量方法捕捉到了湍流部分预混燃烧中的火焰抬举现象,计算得到的火焰抬举高度大致为35,和实验测量值完全一致。同时采用各热力学参数在混合分数空间的分布来研究部分预混抬燃烧中具有非稳态燃烧特性的局部熄火现象。各不同截面上的燃烧热力学参数与实验测量值吻合较好,说明采用该方法能比较真实地反映湍流部分预混燃烧的火焰机制。     

航空发动机燃油雾化特性研究进展

从实验、理论和数值模拟三个方面对航空发动机内的燃油雾化问题研究进展进行了综述。实验方面,通过雾化实验,可定性分析喷注参数及环境条件等因素对雾化效果的影响,测量技术是影响实验精度的关键;雾化理论对液膜形状及破碎特性的预测值与实验还存在一定误差,复杂气动条件下的雾化理论还较为缺乏;雾化数值模拟可以获得不同形式燃油雾化的某些典型变化过程,复杂多过程、多因素影响的雾化模拟还较难开展。总体上看,航空发动机燃油雾化机理还未能完全揭示。     

基于衍射图像的大型光学镜面在位检测

介绍了相位恢复测量系统的软硬件实现原理。构建了由CCD移动平台等硬件装置和基于GS迭代算法的软件程序组成的实验平台。并对一面口径500mm的球面反射镜进行了在位加工环境下的测量实验。测试结果与干涉测量相比较表明测量数据准确,精度满足光学镜面研抛加工要求。     

用VOF方法模拟环氧树脂在毛细管中的浸润过程

为确定液体在毛细管中流动模拟的边界条件，对标准液和树脂在玻璃毛细管中的浸润实验进行了研究，获得了质量随时间增大的浸润实验曲线，并利用CFD软件VOF数值方法对毛细浸润过程进行计算机模拟，获得质量与时间关系的模拟曲线。通过比较模拟曲线与实验曲线，确定了标准液在单毛细管中浸润模拟的边界条件为静态接触角，树脂在单毛细管中浸润模拟的边界条件为动态接触角，为纤维束集合体中的轴向毛细浸润模拟奠定了基础。     

图像式轮廓瞄准系统及其数据处理方法的研究

基于CCD图像技术,提出一种新的图像轮廓瞄准系统,该系统实现了通用光学仪器及现代数字化仪器轮廓图像瞄准,解决了这类仪器自动化程序低、瞄准精度受人员的主观影响大、劳动强度大、不易微机化等问题,文中给出了新系统的结构及原理,并着重分析了图像轮廓数据的处理方法,最后,以对新系统进行了实验研究。     

A Laser Device for Remote Vibration Measurement

A laboratory study has been made of concepts that utilize a laser for a vibration measurement device. The laser beam possesses the needed characteristics for a spatially directed carrier capable of detecting and transmitting vibration information to remote data processing equipment; furthermore, such a laser vibration measurement device can accomplish the measurement without mechanical contact with the structure under test. The measurement technique utilizes the Doppler shift produced on a wave reflected from a surface vibrating normal to the beam path. Several techniques are available for detecting the Doppler shift; optical heterodyne or homodyne detection and microwave subcarrier modulation methods are candidates for practical instruments. Preliminary results from laboratory experiments indicate Optical heterodyne detection to be the most practical method with present state-of-the-art equipment.     

基于BRDF的排气系统红外辐射特征计算研究

为了提高涡扇发动机排气系统红外辐射强度的计算精度,研究了壁面反射特性对计算结果的影响。红外辐射特征的计算采用反向蒙特卡罗(RMC)法,壁面反射采用双向反射分布函数(BRDF)和漫反射两种模型,并将计算得到的红外辐射强度与模型试验测试结果进行了对比。通过研究BRDF模型参数的变化对计算结果的影响确定了所采用模型中参数的取值。结果表明:壁面反射采用BRDF模型是提高红外辐射计算精度的有效途径。对于本文的试验模型,采用BRDF模型后,明显减小了以低发射高反射部件辐射为主的方向上红外辐射强度的计算误差。     

Design of on-board calibration methods for a digital sun sensor based on Levenberg–Marquardt algorithm and Kalman filters

Digital sun sensor is one of the most important sensors used in the Attitude Determination System (ADS) of the satellite. Due to the harsh environmental conditions that exist in the space, various distortions may occur in the sun sensor optical system that lead to the reduced accuracy of this equipment. So, it is necessary to recalibrate the optical parameters of the aforementioned sensors. For this purpose, first a novel attitude independent error model is proposed for the SS-411 sun sensor that includes the central point of the CCD array, installation error, filter thickness and sensor misalignment. So, the mutual interfaces between the sensor parameters are considered in the developed model. In order to extract the sensor parameters, a nonlinear optimization technique called the Levenberg–Marquardt is applied to the developed model as a batch algorithm. In addition, the Extended Kalman Filter (EKF) and the Unscented Kalman Filter (UKF) have been utilized as sequential strategies. It will be shown that by considering a worst case of variation amount for sensor parameters, an accuracy improvement of about 17° is achieved by the developed calibration algorithms. Comparison between the developed algorithms represents that UKF has higher accuracy, shorter time convergence but higher computational load.     

Deriving the Absolute Reflectance of Lunar Surface Using SELENE (Kaguya) Multiband Imager Data

The absolute reflectance of the Moon has long been debated because it has been suggested (Hillier et al. in Icarus 151:205–225, 1999) that there is a large discrepancy between the absolute reflectance of the Moon derived from Earth-based telescopic data and that derived from remote-sensing data which are calibrated using laboratory-measured reflectance spectra of Apollo 16 bulk soil 62231. Here we derive the absolute reflectance of the lunar surface using spectral data newly acquired by SELENE (Kaguya) Multiband Imager and Spectral Profiler. The results indicate that the reflectance of the Apollo 16 standard site, which has been widely used as an optical standard in previous Earth-based telescopic and remote-sensing observations derived by Multiband Imager, is 47% at 415 nm and 67% to 76% at 750 to 1550 nm of the value for the Apollo 16 mature soil measured in an Earth-based laboratory. The data also suggest that roughly 60% of the difference is caused by the difference in soil composition and/or maturity between the 62231 sampling site and the Apollo 16 standard site and that the remaining 40% difference can be explained by the difference between the compaction states of the laboratory and the actual lunar surface. Consideration of the compaction states of the surface soil demonstrates its importance for understanding the spectral characteristics of the lunar surface. We also explain and evaluate data analysis procedures to derive reflectance from Multiband Imager data.     

绝热材料动态烧蚀试验方法

为了研究绝热材料的动态烧蚀特性,建立了一种敞开环境下绝热材料烧蚀表面的实时监测方法,用光学技术实时记录绝热材料试样表面烧蚀形貌和烧蚀面退移过程,通过图像处理,成功获得了绝热材料动态烧蚀率和烧蚀形貌的相关信息。该监测方法可对一定条件下炭化层的动态烧蚀性能进行评估,通过图像的批处理可获得每一时刻的动态烧蚀率和前n秒的平均线烧蚀率,适用于绝热材料动态烧蚀特性研究,还可以用于研究在绝热材料表面的炭化层形成和消耗特性。     

利用辐射光谱法开展发动机燃烧火焰参数在线测量

针对发动机高温燃烧火焰参数非接触式在线原位测量难题,提出了基于火焰辐射光谱(radiation spectroscopy, RS)的火焰参数在线测量方法,采用光纤光谱仪搭建了发动机燃烧火焰参数在线测量系统,并利用黑体炉对光谱仪电荷耦合元件(charge-coupled device, CCD)波长响应特性进行了标定.之后,应用该系统获得了火箭基组合循环(rocket based combined cycle, RBCC)发动机地面试验高温燃烧火焰200~1100nm波段辐射光谱,结合普朗克定律与最小二乘法,实现了火焰温度与辐射率参数的在线测量,为发动机燃烧诊断与优化提供了直接数据支撑.      

基于实时预测轨迹修正的共轴跟踪观测方法

针对光电设备跟踪观测轨迹可预测目标,提出并实现了基于实时预测轨迹修正的新型跟踪算法。从电视观测信息中实时解算出轨迹偏差的位置分量与速度分量并修正预测轨迹,引导仪器运动。应用该方法,在被观测目标电视探测不理想时有效提高了跟踪可靠性,降低了光电跟踪设备对电视探测能力的苛刻要求。即使电视探测短时出现困难,也能保证一定精度。本文给出了实时轨迹修正跟踪方法的构成原理与试验结果,并与一般电视跟踪方法进行了对比。     

氢氧火箭发动机羽烟紫外辐射参数反演研究

针对氢氧火箭发动机羽烟紫外辐射特性参数分析,提出一种基于紫外CCD(change coupled device)相机采集的单幅辐射图像,同时反演羽烟内紫外辐射源项和吸收系数的方法.该方法将羽烟简化为发射-吸收轴对称介质,通过对辐射图像数据进行Able变换得到三维介质内辐射强度分布,利用最小二乘法将反演问题转化为使计算得到的与Abel变换得到的辐射强度误差最小的最优化问题,然后利用共轭梯度法求解该最优化问题.通过在求解正问题得到的准确值的基础上添加随机噪声,模拟辐射图像数据,分析了测量误差对算法反演精度的影响.结果表明:该算法对测量误差不敏感,能够准确的重建羽烟内的辐射源项和吸收系数分布.      

基于GRNN算法的飞机用电设备非侵入式负荷监测方法

随着飞机的多电化和全电化,机上电气检测及其负荷管理至关重要,然而飞机上为诊断所设置的传感器数量要求越少越好,非侵入式负荷监测（NILM）方法无需分散进入负荷内部,仅检测汇流条级别电力参数可完成负荷识别。选择稳态电流谐波参数为负荷印记,采集某型飞机交流主汇流条上用电设备真实电流波形,提取1~19次谐波含量建立特征库,用广义回归神经网络（GRNN）算法辨识负荷类别,设置适当样本数和扩展速度以有效提高识别准确度。实验表明：GRNN算法较之BP神经网络算法和SVM算法识别准确度更高,计算速度更适于飞机电气系统负荷监测和管理。将非侵入式负荷监测方法引入飞机供电系统分析,将为飞机电气管理、故障诊断和预测等进一步研究提供有效参考。