可重复使用航天器耐高温复合材料结构设计技术

针对未来可重复使用航天器需求,本文首先简要分析了国外典型重复使用航天器耐高温复合材料结构设计技术应用进展与特点,包括美国X系列、追梦者飞行器。然后从结构选材、设计和分析等方面,论述了可重复使用航天器大量应用先进耐高温树脂基复合材料整体结构相关的主要工程技术现状和发展方向,从工程应用角度为未来可重复使用航天器结构研制提供理论分析。最后介绍了未来需开展的可重复使用航天器耐高温复合材料结构设计技术重点研究内容。     

聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯共聚物的合成与表征

采用原子转移自由基聚合方法(A tom transfer rad ica l po lym erization,ATRP),以α-溴丙酸乙酯为引发剂,溴化亚铜和联二吡啶为催化体系,合成了端基为卤原子的单分散聚甲基丙烯酸甲酯(PMM A-X)预聚体。以此PMM A-X为大分子引发剂,在同样催化体系下,引发苯乙烯聚合,得到了分子量分布较窄的聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯(PMM A-b-PS t)嵌段共聚物,并用红外光谱(IR)、核磁共振谱(1H-NM R)、凝胶渗透色谱(GPC)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形态进行了初步表征。结果表明,嵌段共聚物中聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分数为28%,数均分子量(M n)为4.76×104,多分散系数(PD I)为1.49。经TEM表征,发现该嵌段聚合物具有周期性层状相分离结构,层状取向周期达到了400 nm左右,在紫外-可见波长范围内。这一特征长周期为嵌段共聚物材料用作光波导等光学器件提供了结构基础。     

密集型空气雾化流场破碎特征数学模型研究

低速液体射流在高速湍流气体作用下的气液同轴射流雾化流场是瞬态密集型喷雾场,高速湍流中影响和控制雾化的因素很多。针对空气雾化流场液核分布与特征进行分析,开发了模拟液核的随机浸入体模型,结合大涡模拟方法对同轴射流空气雾化喷嘴下游流场进行数值模拟。模拟结果与实验结果对比表明：随机浸入体模型可快速捕捉液核的长度和位置信息。当气液动量比M为3~10000时,能够较准确地预测液核长度,当M>10时,其预测结果远优于唯象模型;该模型能够捕捉回流区、大尺度涡等流场结构。同时,可以准确地预测喷嘴附近的液滴粒径,特别是在气流速度较大（>60m/s）时,液滴平均直径预测误差<10%。     

单颗磨粒磨削仿真研究进展

概述了传统磨削仿真的基本方法及发展过程,总结了磨粒模型和工件模型的研究现状,具体分析了有限元法、光滑流体粒子动力学法、分子动力学法以及综合仿真方法等应用于单颗磨粒磨削材料的去除机理、成屑机理、工件表面质量以及磨粒磨损等仿真中的研究现状,最后阐述了各类仿真方法的局限性,并提出了单颗磨粒磨削仿真进一步的发展前景。     

基于理想解的模拟调制识别分析

利用排序待判决信号特征逼近各候选调制方式理想解的程度来实现调制方式识别,该方法不需要确定判决门限,运算量较小。以基本的模拟调制方式为对象,深入分析其识别性能,考察各权值系数对识别概率的影响,可以发现:一般各调制方式均只会被误判成其他某一种调制方式,且不同权值系数对判决结果的影响程度相差较大。因此,可以针对调制方式误判类型寻求新的特征参数,探求最优权值系数来进一步提升所提方法的识别性能。     

Twistor-based synchronous sliding mode control of spacecraft attitude and position

A synchronous control of relative attitude and position is required in separated ultra-quiet spacecraft, such as drag-free, disturbance-free, and distributed spacecraft. Thus, a twistor-based synchronous sliding mode control is investigated in this paper to solve the control problem of relative attitude and position among separated spacecraft modules. The twistor-based control design and the stability proof are implemented using the Modified Rodrigues Parameter (MRP). To evaluate the effectiveness of the proposed control method, this paper presents a case study of separated spacecraft flying control considering the mass uncertainty and external disturbances. In addition, a simulation study of the Proportional-Derivative (PD) control is also presented for comparison. The results indicate that the twistor-based sliding mode controller can ensure global asymptotic stability. The states converge fast with ultra-precision and ultra-stability in both the attitude and position. Moreover, the proposed twistor-based sliding mode control system is robust to the mass uncertainty and external disturbances.     

面向建筑空间的OFDM信号定位性能分析

针对利用OFDM信号进行定位时信号非连续性问题,提出一种粗检测和精细检测结合的测距方法,将距离测量转换为不同尺度的时延样点,采用时域粗检测快速估算接收OFDM信号的最大相关峰值,然后对传输时延进行频域精细测量,提升了小数倍采样周期时延测量的精度。在此基础上,分析了OFDM信号的定位性能,仿真结果表明,当OFDM信号在信噪比-11dB的情况下测距误差由3m左右(子载波数512)降至1m(子载波数4096)。     

基于超网格的重叠网格守恒插值方法

保证重叠网格边界数据插值的守恒性是计算流体力学面临的一大难题。基于超网格方法与格心格式有限体积法,发展了一种新型混合重叠网格守恒插值方法。详细研究了用网格切割技术在重叠网格边界构造局部超网格,用网格求交算法合理地扩大贡献单元模板,建立了一种适用于任意网格类型的隐式并行重叠网格守恒插值方法,以超网格为媒介可实现重叠网格二阶精度的守恒插值。数值结果表明,本文方法对二阶分布的流场变量具有严格的守恒性,相比三线性插值方法和逆向距离权插值方法,本文方法减小了数值误差,提高了重叠网格边界的插值精度,加快了计算收敛速度,改善了重叠区域网格尺度相差较大时流场的光滑性和连续性。     

面向非结构混合网格高精度阻力预测的梯度求解方法

针对非结构混合网格的特点,通过改进传统的Green-Gauss梯度求解方法,提出了一种可提高非结构混合网格黏性计算精度的节点型Green-Gauss梯度求解方法。利用改进后的方法,完成了DLR-F4翼身组合体算例的计算和对比分析。改进后的梯度求解方法残差收敛更好,下降量级更多,阻力系数和试验吻合更好,激波区域压力分布和分离区域流场细节的模拟更精确,说明改进后的梯度求解方法有效提高了程序的鲁棒性和阻力预测精度,验证了方法的有效性。采用改进后的方法对第5届AIAA阻力预测研讨会的通用研究模型（CRM）进行了详细的模拟分析,结果表明：改进的梯度求解方法更加适用于非结构混合网格的黏性计算,计算精准度达到国际同类CFD软件水平,进一步验证了改进方法的可靠性。     

NNW-TopViz流场可视分析系统

流场可视化技术采用图形图像直观地表现CFD数值模拟的计算结果,使用户能够方便地对这些数据进行分析、比较和研究。然而,CFD数值模拟的流动复杂,其产生的流场数据规模巨大、数据类型复杂、特征提取困难,传统的串行可视化软件效率低、交互手段单一,难以满足数据分析的需求。国家数值风洞（NNW）工程研制了一套流场数据处理可视化软件系统（NNW-TopViz,简称TopViz）,具有对流场数据处理与特征提取、几何图形绘制等可视化与交互功能。根据可视分析效率需求,TopViz实现了线程并行,在多核计算环境下有效提高了可视化计算和交互效率;针对流场特征提取困难、常规方法效率低的问题,TopViz实现了基于卷积神经网络的流场旋涡特征提取方法,提升了特征提取准确率和效率;为提高软件交互效率并提供便捷的交互方式和体验,基于头戴式显示设备和体感控制器构建沉浸式虚拟显示与交互平台,TopViz实现了手势和眼球凝视2种交互方法,提供沉浸式环境下多视图、多角度流场探测方式。