高效空间应用燃料电池热能利用技术研究

首先介绍了空间应用燃料电池高效散热及温控技术。高精度控温主要是利用被动散热技术,将产生的热量快速传导至外部冷却介质,从而保证产热面的温度均匀性,实现电池稳定工作。通过嵌入式被动散热和双端散热的冷却方式,实现电堆内部最大温差小于5℃,换热系数达1000W/(m·K)。     

基于非线性系数的金属构件寿命预测研究

通过对位错引起的超声非线性行为理论模型的研究,发现超声非线性系数的变化与疲劳损伤累积过程中位错密度的变化趋势相对应。基于上述理论,利用非线性超声对45#钢三点弯曲试件的微裂纹扩展进行了检测,实验发现位错密度的变化趋势与微裂纹扩展的3个阶段紧密相关。因此,利用非线性系数作为特征参数实现了对微裂纹扩展不同阶段的表征,从而实现了金属构件剩余寿命的预测,并且验证了超声非线性系数与位错密度成正比的位错理论。     

基于流场模拟的复杂形面搅拌桨叶三维设计与优化系统

为实现立式捏合机搅拌桨叶全三维设计与优化,集成搅拌桨叶几何造型、流场模拟与机械性能分析,开发了基于流场模拟的复杂形面搅拌桨叶三维设计与优化系统.分析搅拌桨叶运动特性,建立搅拌桨叶的三维参数化模型;综合搅拌桨叶的几何造型、运动方式、混合工艺条件,在虚拟环境中真实地模拟搅拌桨叶混合过程,快速分析与评价搅拌桨叶几何形状与流场特征的关系;在虚拟环境下,将流场模拟结果作为负载,添加在搅拌桨叶上,对其机械性能进行分析与优化.通过工程设计实例,对这套方法进行验证,设计结果成功地应用于生产实践.应用结果表明这套系统可以缩短设计时间20%,设计的设备能耗降低5%.     

基于拟牛顿方法的非线性求解及应用

针对某测量任务中以两套一主三副测量体制联测距离和变化率为对象,给出了拟牛顿求解方法.通过测量梯度的变化,构造了一目标函数的模型使之快速收敛.任务实测数据计算结果显示:该法解决了非线性求解问题,为任务提供了有效的技术支持.     

高温铝合金电磁超声检测回波特性及因素分析

针对高温铝合金在线检测条件下,温度对铝合金电磁超声检测回波特性的影响规律尚不明确、高温检测时缺陷定量/定位补偿困难这一难题,以螺旋线圈电磁超声换能器（EMAT）为例,建立了高温铝合金EMAT检测过程的场路耦合有限元模型;研究了温度对EMAT激励/接收换能效率、EMAT激励/接收电路的功率分配特性、超声传播过程中的扩散/介质衰减特性、回波幅值和超声声速等因素的影响规律;研制了耐高温EMAT探头,对20~500℃高温铝合金试样进行了检测实验,并测定了高温铝合金的超声介质衰减系数和超声声速。在仿真和实验相结合的基础上,分析了高温检测时超声回波幅值变化特性及其影响因素。结果表明：对于铝合金这类非铁磁性金属材料,导致高温时超声回波幅值下降的主要原因是超声介质衰减系数随着温度的升高而增大,其次为高温时EMAT激励/接收电路的功率分配特性的改变。在激励EMAT在试样表面形成的洛伦兹力不变的条件下,其所激励的超声波回波幅值具有随着温度的增加而增加的特点,可以有效减缓超声回波幅值下降的趋势。     

基于自适应Kriging代理模型的交叉熵重要抽样法

对于复杂失效域和小失效概率耦合的可靠性分析问题,本文提出了一种交叉熵重要抽样（CE-IS）方法结合自适应Kriging （AK）代理模型的求解方法（CE-IS-AK）。所提方法基于交叉熵原理,用混合高斯模型逐步逼近最优重要抽样密度函数,并采用AK模型协助逼近过程中混合高斯模型的参数的更新,从而提高了CE-IS方法的计算效率。另外,本文还改进了CE-IS方法的收敛准则,避免了方法的冗余迭代,扩大了方法的适用范围。由于在CE-IS方法中引入了AK模型,因此,本文方法所构建的重要抽样函数在保证精度的基础上提高了效率。相较于AK-MCS方法,本文方法中引入了重要抽样的思想,因此在Kriging训练点数目基本相同的情况下,大幅缩减小失效概率计算时样本池规模,并且由于利用了混合高斯模型,因而对多失效域具有较好的适用性。算例分析也证明了本文所提方法的优越性。     

高精度电磁标定力数值模拟及实验研究

高精度电磁标定力源是微推力测量系统的重要组成要素之一。为了获得性能优良的电磁标定力,本文综合采用数值模拟及实验测量两种方法分析研究了线圈和永磁铁相对位置变化时,磁铁几何尺寸对电磁力输出特性的影响：对于直径较大、厚度较小的永磁铁而言,其电磁力随相对位置的变化会存在极值,且极值点附近的电磁力具有较好的稳定性和一致性。根据电磁力变化趋势特性,提出了线圈和永磁铁相对基准中心（极值点）位置的高精度设置方案,且基准中心位置附近的电磁力变异系数可达0.00252,为高性能电磁力的获得提供了基础。最后,确定了大直径永磁铁+线圈组合型电磁力产生装置,并基于拟合方法建立了一定包络区间内的高精度电磁力控制关系式,其拟合曲线的估计标准误差约为0.0137,为微推力测量台架的标定提供了理论指导和技术支持。     

航空发动机法兰接触热阻特性实验研究

通过搭建法兰接触热阻实验台,在法兰间隙0～0.75 mm、螺栓拧紧力矩20～40 N·m参数范围内,测量不同材料机匣多个轴向位置的壁温来获得通过法兰的热流,得到法兰的接触热阻、单位接触热导。分析了法兰间隙、螺栓拧紧力矩对法兰接触热阻特性的影响。研究结果表明随着法兰间隙的增加,接触热阻呈线性增加,最大增加0.03 K/W,单位接触热导先迅速减小,后趋于平缓,最大降低了10 744.2 W/(K·m2),约94.5%;随着拧紧力矩的增加,接触热阻减小,最大降低了22.1%。     

民机襟翼交联机构吸能元件的吸能特性

采用有限元分析与冲击试验相结合的方式对膨胀管与波纹管的吸能特性进行探究：通过数值仿真分析对吸能元件的试验过程进行初步掌握,同时根据冲击试验结果对试验设计的不合理之处进行修正;然后开展两种吸能元件的动态冲击试验,探究其吸能特性,最终比较分析有限元仿真分析与落锤冲击试验的试验结果,选择效果理想的吸能元件应用到襟翼交联机构上。结果表明：无论是从吸能行程、吸能稳定性还是吸能结构的设计考虑,波纹管都是最适合应用到交联机构中的吸能元件,该吸能元件比吸能大,吸能过程平缓稳定,吸收能量之后只有塑性形变但结构不发生破坏,同时吸能行程短,吸能结构简单,便于安装拆卸。     

控制力矩陀螺轴承组件摩擦力矩特性研究

控制力矩陀螺轴承组件是空间飞行器姿态控制系统的核心部件,其轴承的性能直接影响着空间飞行器姿态控制系统的控制精度和使用寿命,甚至危及空间飞行器安全.对于控制力矩陀螺轴承组件,轴承摩擦力矩大小及其波动性是轴承的关键性能指标,针对空间飞行器控制力矩陀螺轴承组件,在滚动轴承摩擦学和动力学基础上,建立六自由度控制力矩陀螺轴承组件非线性动力学微分方程组,并采用预估 校正的GSTIFF(Gear stiff)变步长积分算法进行求解,对其在有/无重力的工作环境、公 自转工况、轴承预紧力以及保持架兜孔间隙对轴承摩擦力矩幅值及其波动性的影响进行分析.分析结果表明：预紧力对轴承组件摩擦力矩影响显著,预紧力过大或过小都不利于降低摩擦力矩及其波动性,对于本文分析的轴承组件最佳预紧力为50~55N;保持架稳定性受重力影响显著,无重力时自转工况下保持架较稳定;过小的兜孔间隙会使摩擦力矩增大,过大的兜孔间隙会使摩擦力矩波动性增大,存在最优兜孔间隙使得摩擦力矩及其波动性都较小,针对本文分析型号的轴承组件,间隙比应控制在0.6~0.8之间.