燃烧型喷流等离子体发生器及其电子密度诊断实验研究(英文)

以微型固体火箭发动机为模型,根据等离子体物理学和空气动力学,研制出燃烧型喷流等离子体发生器.利用朗缪尔探针阵列研究发生器喷流流场中电子密度轴向和截面的分布;在处理探针测量数据时,采用由带电粒子连续性方程和Poisson方程得到的朗缪尔探针连续流理论模型.实验结果表明:发生器产生的喷流流场为非均匀等离子体流场,流场中存在大量的自由电子和离子,喷流中心的电子密度最大超过4×1012cm-3.喷流等离子体发生器是一种非常有发展前景的飞行器隐身等离子体产生技术.     

燃烧型喷流等离子体发生器及其电子密度诊断实验研究

以微型固体火箭发动机为模型,根据等离子体物理学和空气动力学,研制出燃烧型喷流等离子体发生器。利用朗缪尔探针阵列研究发生器喷流流场中电子密度轴向和截面的分布;在处理探针测量数据时,采用由带电粒子连续性方程和Poisson方程得到的朗缪尔探针连续流理论模型。实验结果表明：发生器产生的喷流流场为非均匀等离子体流场,流场中存在大量的自由电子和离子,喷流中心的电子密度最大超过4×10^12cm^-3。喷流等离子体发生器是一种非常有发展前景的飞行器隐身等离子体产生技术。     

基于多传感器组合的高转速弹体姿态测试

针对以往三轴磁传感器和加速度计组合测量高转速弹体姿态的不足,提出了一种新的姿态测量方案。该方案由两个磁传感器和两个加速度计以特定的方式安装及相应的解算方法组成。说明了传感器的布阵方式,并给出了弹体姿态解算的数学模型和解算方法。该解算方法包括Magsonde Window和最值之比的证明以及姿态角解算的理论分析,最后对此方案进行了建模与仿真。仿真结果表明,解算的姿态角与真实姿态角相符。     

谐振式飞机结冰探测传感器仿真及实验研究

为实现飞机表面积冰厚度非接触式高精度测量,建立压电传感器、铝板及冰层组成的有限元仿真模型,通过机电阻抗分析法研究了飞机结冰厚度对系统谐振频率及阻抗的影响规律,获得压电传感器设计参数;搭建地面冷环境实验平台,采用阻抗分析仪测量不同结冰温度和积冰厚度作用下的系统谐振频率.结果表明:基于压电传感器的谐振探测法能够有效测量基体...     

航天器着陆缓冲机构技术研究进展

航天器着陆缓冲机构是开展地外天体着陆探测的核心装置,其着陆性能直接关系到整个探测任务的成败。本文梳理并总结了现有航天器着陆缓冲机构的相关设计技术,重点介绍了航天器着陆缓冲方法、机构构型和地外小天体着陆/锚定机构,并对其优缺点和适用情况进行了总结分析。其次,针对各类着陆缓冲机构总结了动力学分析技术现状,对比了理论解析模型法、全机刚体仿真分析法、刚柔耦合仿真分析法、全机柔性仿真分析法和半主动控制仿真法等动力学分析方法的优劣。再次,论述了地面等效试验技术的研究进展,阐述了滑轮平衡法、斜坡模拟法和全机1/6尺寸模型法3种地面等效试验方法的主要特点。最后,结合未来深空探测需求,对航天器着陆技术存在的问题、及发展趋势进行了总结与展望。     

光学探针在气液两相流动局部参数测量中的应用研究

光纤传感器作为纤维光学领域中的新技术,在两相流动局部参数的测量中得到了越来越广泛的关注.为了获取气液两相流动的局部界面信息,进一步深入了解两相流动的内部机理,给出了双传感器光学探针的详细制作过程,并将制作成的探针应用于气液两相流实验研究.实验中通过压降方法与探针方法测得的空泡份额之间的平均偏差为8%,表明所制作的双传感器光学探针测量精度较高,能够应用于气液两相流局部参数的测量.进一步的实验研究表明,管内局部空泡份额沿通道径向呈“壁峰型”分布规律,并且局部界面面积浓度(IAC)的径向分布也呈现出基本相同的规律.     

采用长细管法进行脉动压力转捩探测的实验研究

为了简便地使用测量模型表面脉动压力特征的方法探测边界层转捩位置,需要研究脉动压力传感器接在传统测压模型外的适用性,即通过长细管将模型表面的脉动压力信号传递到脉动压力传感器上的方式是否可得到转捩的特征信号。首先采用信号发生器驱动扬声器,在无风条件下,测量了长细管对不同频率声压信号的传递损失情况。证明了所采用的长细管系统具有合适的工作频带。然后在西北工业大学NF-3低速风洞二元实验段、实验风速为30m/s的条件下,对弦长为800mm、展长为1.6m的翼型模型沿弦向进行了脉动压力信号测量,并通过改进的数据处理技术判断了模型表面的转捩位置。研究结果表明,采用长细管系统进行脉动压力方法转捩探测具有一定应用价值,值得进一步深入研究。     

多孔探针系统误差分析

以不可压流场的Bernoulli方程和势流理论为出发点详细推导了多孔探针的基本测量原理并获得了相应的数学模型,从而将具有不同头部(如球体、圆锥体)、不同孔数(如3、5、7乃至18孔)的各种类型多孔探针纳入到相同的数学模型之下,为系统分析各类探针提供了条件.通过分析推导过程,得出了多孔探针测量数学模型成立的4个基本约束条件.在实际测量过程中若偏离这4个基本条件必然会在测量结果中引入系统误差.将由此引入的系统误差分别归纳为:数学模型误差、制造误差以及使用误差,并逐个进行了详细的分析.同时,还以较为常用的七孔探针为例,采用计算流体力学软件对以上3种情况造成的误差进行了定量计算.根据以上分析和计算结果,为实际应用中选择合适类型的探针、确定使用条件、评估测量系统误差给出了详细的建议.     

激波风洞温敏热图技术初步试验研究

介绍了可用于激波风洞等高超声速脉冲设备复杂外形模型表面热流分布显示与测量的温敏热图技术.该技术利用温敏材料发光特性随温度变化的特点实现对模型表面的温度测量,进而分析获得其表面热流分布.由于有效运行时间一般只有10ms左右,在激波风洞中采用温敏热图技术在材料温敏响应、图像采集等方面均存在困难,导致此技术还很不成熟.介绍了近期在CARDC0.6m激波风洞中开展温敏发光热图技术研究的情况,包括发光材料的研制、材料喷涂、图像处理及标定等方面的研究工作.验证试验采用了平板加钝舵模型,获得了与理论分析及传感器测量结果较一致的平板干扰区热图结果.热图与薄膜传感器测量数据差异大致在5%~25%之间.     

基于AFM胶体探针测量液固界面DLVO力及表面电势

表面电势是微纳流控芯片中流体流动的重要参数。本文介绍了基于AFM胶体探针技术测量液固界面DLVO力并进一步测量表面电势及表面电荷密度的方法。本文改进了胶体探针制作的技术手段，并提出用双探针法测量胶体探针的弹性系数。在0.1~1mM浓度范围内的NaCl溶液中，测量了硅、二氧化硅和氮化硅液固界面双电层内的DLVO力及表面电势。实验结果表明胶体探针技术可以很好地测量液固界面的DLVO力，尤其对静电力指数变化段非常敏感。通过DLVO力曲线可以间接测量表面电势、表面电荷密度等重要参数，是微纳流动及界面属性测量的有效手段。此外，在不同硅基材料表面的测量结果显示了硅烷醇基密度对表面电势起主导作用，可以通过选用不同硅烷醇基密度的材料来有效调控表面电势，从而在硅基材料制作的微流控芯片中调控电动流动的强弱。     

防雹火箭整体尾翼结构研究

提出防雹火箭尾翼整体注塑成型新技术。介绍整体尾翼的结构设计和应用效果检验。这种新的整体尾翼成型技术，可以大幅度降低尾翼制造成本，在其它民用火箭及小型野战火箭研制中具有推广价值。     

航天器解体模型研究的新进展

航天器解体模型用于描述航天器因爆炸或碰撞解体所产生碎片的数量、尺寸、面质比以及速度等特性的分布规律,对于空间碎片环境建模与演化、空间碎片撞击风险评估及空间解体事件分析具有重要意义。分析了目前广泛使用的NASA标准解体模型的特点,介绍了近年来国内外在航天器解体模型方面的研究进展。国外的研究主要介绍了日本九州大学和德国EMI实验室开展的卫星撞击试验以及NASA最近启动的新一轮卫星撞击研究项目。国内的研究主要介绍中国空气动力研究与发展中心(CARDC )开展的卫星撞击试验和仿真研究,以及在此基础上发展的CARDC-SBM航天器碰撞解体模型,并比较分析了该模型与 NASA 标准解体模型的差别。对当前航天器解体模型研究存在的不足进行了分析,提出了下一步应关注的研究方向。     

一类约束阻尼结构动力学建模及其应用

结构系统的劝控制是改善航天器动态特性的重要途径，本文分析了利用约束阻尼结构进行了振动抑制的基本方法，讨论了约束阻尼结构的动力学特性和有限元模型，作为应用实例，本文将约束阻尼结构应用于某大型航天结构，对比附经前后结构的试验莫大记结果，作为一种被动振动控制方法，对航天结构抑制是有效和可行的。     

卫星解体碎片生成数值模拟

提出卫星解体碎片生成的数值模拟方法,对卫星模型解体实验问题进行了数值模拟研究。有限元重构方法是一种有限元与 SPH 方法的结合,能够模拟获得孤立碎片的特性数据。通过在 SPH 模拟结果中重构有限元单元,能够有效区分碎片云中的置信孤立碎片和非置信孤立碎片,结合图论方法能够获得每个孤立碎片的单元构成及其尺寸、速度矢量和质量等信息。进而通过数据统计能够获得碎片分布信息。解体碎片数值模拟数据与实验数据具有较好的一致性,表明了该方法的有效性。     

静电探针在高频等离子体风洞中的应用

为了在高频等离子体风洞上开展高超声速飞行器等离子体鞘层的电磁特性研究,研制了一套适用于高频等离子体风洞测试环境的静电探针诊断系统,这是国内第一次采用静电探针对高频等离子体风洞的流场参数进行诊断。该系统具有偏置电压可调、抗干扰能力强、探针性能稳定、高速数据采集等特点。采用该系统对高频等离子体风洞在不同运行功率、不同气体流量下流场核心区域的电子数密度进行了诊断,对相同运行功率和相同流量条件下流场电子数密度沿射流径向的分布进行了测试,并研究了电子数密度随高频等离子体风洞运行功率和气体流量的变化规律。并将诊断结果与网络分析仪微波测量法的数据进行了比对。结果表明,该系统可以很好地满足风洞流场参数的诊断,能够为风洞流场数值建模以及等离子体鞘层电磁特性研究提供可靠的数据支撑。     

航天器用镁合金高耐蚀化学镀镍层制备工艺研究

针对镁合金材料耐蚀性差,同时结合航天器电子结构产品对高导电的技术要求,采用碱性镀镍和酸性镀镍相结合的工艺方法,在AZ40M镁合金表面制备具有高耐蚀特性的Ni-P合金镀层。分别采用扫描电镜（Scanning electronic microscope,SEM）、能量色散谱（Energy dispersive spectroscopy,EDS）、X-射线衍射（X-ray diffraction,XRD）对镀层的微观形貌及相组成进行表征分析;采用动电位极化曲线及中性盐雾实验对镀层防腐蚀性能进行评价。实验结果表明：采用该工艺制备的Ni-P合金镀层为明显的非晶态结构,含磷量约为8%,属中磷镀层;当酸性镀镍时间达到60 min以上时,镀层自腐蚀电位在-0.55 V以上,中性盐雾实验48 h表面腐蚀,说明该镀层致密性好,具有优异的耐蚀性能,保证航天器镁合金电子结构产品在地面贮存、实验及空间应用的可靠性。     

航天器密封舱加筋壁板碎片撞击监测技术研究

航天器密封结构在轨长期运行期间会受到空间碎片撞击,使密封结构出现不同程度的损伤。如果这些损伤不能被及时检测出来并采取相应措施,可能会带来灾难性的后果。对碎片撞击进行监测可以为航天员采用正确修复方案提供依据。本文利用基于超声导波的结构健康监测技术感知空间碎片对航天器密封结构的撞击。首先,在 Abaqus 有限元仿真软件中,用不同速度的钢球冲击模拟真实的冲击形式。具体分析了超声导波在该壁板结构中的传播特性。用小波变换的方法进行信号处理,据此提取了合适的冲击监测所需的信号频率。其次,设计了一种基于信号互相关分析的冲击成像算法确定撞击位置。比较了不同压电传感器网络定位准确度以及监测效率,选择了一种可靠的组网形式进行监测。最后针对航天器壁板,在实验室环境中验证了该算法的有效性。实验结果表明,该监测系统具有良好的准确性与可靠性。     

小升阻比载人飞船返回舱的外形设计

载人飞船返回舱的外形设计要满足稳定性、操纵性、配平升阻比、最大过载、最大热流、最大总加热量、机动能力、着陆精度和容积系数等要求。小升阻比返回舱的形状以球冠倒锥形为最优。文中简要地介绍了返回舱外形的选择方法，对球冠钝度、倒锥角、大头拐角相对曲率半径、长细比和最大横截面直径等主要参数的选择作了研究，得出了定性与定量的分析结果。     

运载火箭弹性频率快速预示方法

火箭在飞行过程中,姿控系统与箭体弹性振动存在耦合的可能性。因此,在火箭控制系统设计阶段,就要求火箭横向一阶频率远离刚体截止频率,以提高控制品质,避免失控。常规的频率计算方法是运用梁模型或者壳模型建立火箭的有限元模型,从而计算出箭体频率。这种方法的优点是计算方法比较成熟,但在火箭方案阶段不可避免地存在适应性和效率等问题,因此迫切需要一种算法,在满足总体要求的同时能有效解决上述问题。本项目基于细长梁理论,推导出火箭横向一阶频率与起飞重量和细长比之间的数学关系;经国内外型号数据的充分验证,并成功应用于火箭方案论证阶段火箭的横向频率预示。有效解决了方案阶段参数不明确、方案未细化的问题,仅通过起飞重量、长细比等基本参数快速估计出火箭的横向频率,既保证了准确性,又提高了效率。此方法可推广到各种型号运载火箭的总体设计。