高空驻留太阳能飞机主动式光伏组件面功率特性研究

 光伏组件面功率特性是影响太阳能飞机性能指标的关键因素之一。首先建立了考虑光伏组件表面温度、太阳能飞机飞行高度、纬度及一年四季等因素的光伏组件面功率模型,分析了光伏组件在一年范围内的日均直射、日均水平面功率随飞行高度、纬度和季节等关键设计指标参数的变化规律,对比研究了3种跟踪采能方式下的主动式光伏组件(TPM)的逐时、日均面功率特性。结果表明:在一天的光照时间内和全年范围内,主动式光伏组件能显著提高光伏组件的面功率特性。然后,参考了典型的太阳能飞机"Helios"和"Zephyr",综合考虑能源与气动特性,初步设计了一种采用主动式光伏组件的高空驻留太阳能飞机布局方案,通过分析其日均净面功率特性得出:合理设计主动式光伏组件,可以显著提高太阳能飞机的日均净面功率约32%~66%,甚至可达116%。这些结论均说明,从采能效率和气动特性两方面综合来说,所提出的基于主动式光伏组件的布局设计思想在高空驻留太阳能飞机总体布局设计时具有良好的应用优势。     

固体火箭发动机粘接界面湿热老化实验

对固体火箭发动机粘接界面试验件进行了不同湿热条件下的加速老化试验,并测量了不同老化时间粘接界面的扯离强度,描述了湿热老化试验和性能测试中的试验现象,结合复合材料微粘接结构吸湿规律对试验现象和撤离强度随老化时间变化曲线进行了分析.研究结果表明:衬层推进剂粘接界面是固体火箭发动机粘接结构中最薄弱环节,应予以重点考虑;湿热老化促进了环境水分从衬层-推进剂界面向推进剂内部的扩散和渗透,致使弱边界层向推进剂内部扩展,导致了衬层-推进剂界面粘接强度的降低.试验件平均扯离强度随老化时间呈下降趋势,中间有一个强度趋于稳定的平台期.     

新型三轴离心机系统构型及数学建模

传统离心机系统一般采用高速高精度单轴转台系统,进行单方向宽范围的离心加速度精确仿真.为实现现今的航空器件对其三轴通道的大法向过载仿真,提出新型三通道离心机系统.其构型是以一台由底座和3个转动框架组成的高精度三轴转动机构,通过外主轴的速度调节,内、中两框的精确位置控制实现3个方向的飞行器法向过载仿真.在此构型基础上对三轴离心机建立数学模型,进行相关的运动学分析及理论计算.由已知x,y,z方向上的过载,通过力平衡方程反解出离心机内、中框偏移的角度以及外主轴的转速.最后通过动态仿真,进一步验证新型离心机构型的正确性和有效性.      

高超声速半球绕流流场电磁散射特性分析

分析再入流场对飞行器再入通信及空间散射特性的影响,研究电磁波与再入等离子体作用机理.采用分段线性电流密度递归卷积时域有限差分方法计算导电金属半球高超声速绕流流场电磁散射特性,分析半球等离子体包覆绕流流场雷达散射截面(RCS)随入射电磁波频率、双站角、飞行马赫数和高度变化特性.计算表明,前向是全方位散射中RCS取得最大值的方向.马赫数Ma≤10时,马赫数及高度变化对半球高超声速绕流流场L,S波段后向RCS和双站RCS影响很小;在L,S波段,绕流流场及半球本体的后向和前向RCS差距较小.马赫数Ma=14,16时,过密等离子体鞘套的形成增大了本体投影面积,在L,S波段,绕流流场前向RCS比本体前向RCS大;绕流流场存在对半球本体双站散射特性影响很大.      

基于Delaunay背景网格插值和局部网格重构的变形体动态混合网格生成技术

建立了一种基于Delaunay背景网格插值方法和局部网格重构方法相结合的变形体动态混合网格生成方法.首先利用作者发展的定态混合网格生成技术生成变形体初始网格,即变形体附近利用结构化的四边形网格,外场采用自适应Cartesian网格,中间由三角形网格过渡.当物体运动或变形时, 首先利用Liu和Qin提出的基于Delaunay背景网格的插值方法对变形体附近的网格进行变形;当物体运动或变形位移很大导致局部网格质量急剧下降、甚至网格相交时,则在局部重新生成网格.利用该方法生成了多种变形体外形的动态混合网格,如单个鱼体、双鱼串列巡游,昆虫单翼、双翼扑动,多段翼型变形等,并在鱼体巡游的非定常数值模拟中得到了应用.     

疲劳裂纹电位法测量研究

本文对电位式裂纹测量仪的基本组成原理及性能做了介绍,并在高温疲劳裂纹扩展试验中,使用该仪器与显微镜直接观测法同时测得四组试验数据。对其中三组数据进行线性拟合,拟合出试验中裂纹长度与测得电压之间的关系式,最后用拟合出的关系式对另一组数据反推检验裂纹长度。对比所得结果,测量精度比较令人满意,证明了此电位式裂纹测量仪的可靠性和实用性。     

不同固化方式下环氧树脂体系固化行为及力学性能研究

分别采用热固化、微波固化及微波和热组合固化3种方式对双酚A环氧树脂/4,4’二氨基二苯甲烷(DDM)体系进行了固化试验研究,用红外光谱法(FT-IR)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)等分析其固化行为及微观形态表征,对固化试样进行了力学性能测试。研究结果表明,微波固化能显著提高体系的固化反应速率,缩短凝胶化时间,微波固化及微波和热组合固化达到完全的时间仅分别为0.9 h和1.5 h,微波固化产物具有比热固化产物高的玻璃化转变温度(Tg);组合固化试样的拉伸强度能达到热固化试样的95%以上,但微波固化试样拉伸强度仅为热固化试样的80%,扫描电镜分析表明微波固化产物在微观形态上与热固化及组合固化产物有较大差别。     

厚板三浦折展机构的几何设计与运动分析

空间折展机构与一般运动机构不同,其对构件的几何形貌有着严格的要求。基于厚板折纸理论构造出两种三浦厚板折展单元——Bennett机构单元和球面四杆机构单元,在保证机构可以从展开状态运动到收拢状态且不发生物理干涉的前提下,以折展单元可无限次叠加组网为设计目标,分析构件几何参数应满足的约束条件,阐述模块化组成大尺度厚板三浦折展机构的原理和过程,提出Bennett组网和混合组网两种模块扩展方式。通过建立Bennett扩展模块和球面扩展模块的运动学模型,验证两种厚板三浦折展机构的运动等价关系。研究不同几何参数对机构折展率的影响规律,提出一种根据给定折展率要求对机构进行优化设计的方法,为厚板三浦折展机构的运动特性分析和几何参数优化奠定了理论基础。     

基于萤火虫优化神经网络算法的气浮台自动调平衡研究

为了利用气浮台在地面精准演示分布式多星组网技术及验证多模式高分成像过程,提出一种基于改进型BP神经网络PID控制的气浮台快速自动调平衡算法.针对以往算法调平时间较长、容易得到非最优解的问题,引入仿生萤火虫算法对神经网络初始权值进行优化,提高了算法的收敛速度和稳定性.基于构建的三轴气浮台运动学和动力学模型,通过仿真实验验证了优化算法对自动调平衡具有良好的控制效果,满足多星地面仿真的调平衡要求.      

攻击固定目标的飞行器制导控制一体化设计

对于攻击地面固定目标的飞行器,提出一种非线性制导律和控制方法。制导和控制一体化的设计方法充分考虑了制导和控制回路的不确定性和未建模动态。对于系统的非匹配不确定的特点,设计了特殊的终端滑模切换面和相应的控制策略,使得系统在有限时间内收敛到终端滑模面。分析表明滑模控制器保证了闭环系统的稳定性。数学仿真验证了此方法的有效性。