中国空间地球科学发展现状及未来策略

空间地球科学是以空间对地观测为主要信息获取手段,研究地球系统的各圈层及之间的相互作用、过程与演变,对地球进行系统研究的综合性交叉学科.为纪念空间科学学会成立40周年,本文系统回顾了中国空间地球科学的发展历程,分析当前面临的机遇与挑战,进而提出中国空间地球科学未来发展的建议.     

硼酚醛树脂/丁腈橡胶烧蚀材料性能研究

探讨了硼酚醛树脂/丁腈胶烧蚀材料体系的烧蚀机理,并详细研究了硼酚醛树脂含量对烧蚀材料烧蚀性能、力学性能和加工性能的影响。结果表明,硼酚醛树脂可以显著提高烧蚀材料的耐烧蚀性能,同时对材料的拉伸强度和断裂伸长率有相反的影响,并对胶料具有延迟硫化作用。     

中心线形状对S形二元收敛喷管雷达隐身设计的影响

为了探求中心线形状对S形二元收敛喷管电磁散射特性的影响规律,在S形二元收敛喷管进出口面积、偏心距、面积变化规律不变的条件下,结合超椭圆方法设计了5种不同中心线形状变化规律的S形二元收敛喷管,采用多层快速多极子方法对上述5种喷管进行了雷达散射截面(RCS)仿真计算和分析。结果表明：5种不同中心线形状变化规律的S形二元收敛喷管在不同频率和不同极化条件下表现出不同变化规律的雷达隐身特性;综合分析中心线形状C(缓急相当)的喷管整体雷达隐身性能较好,RCS平均值最高为0.953 dBm²、最低为-1.3 dBm²;中心线形状E(前急后缓)的喷管,RCS平均值为1.6 dBm²～2.209 dBm²;中心线形状B的喷管雷达隐身性能最差,RCS平均值最高为2.71 dBm²、最低为0.081 dBm²。     

箭上电磁环境检测接收天线研究

针对目前运载火箭舱内电磁环境愈发复杂且没有有效的测量手段的问题,研制了一种超宽带无源小型化接收天线。该天线采用多个整形单极子的方式拓展带宽并达到小型化目的。接收天线的测量频率范围覆盖500 MHz～6 GHz,尺寸约为60 mm×60 mm×100 mm。通过加入低噪声放大器,使可测量的最低电场强度不高于1 mV/m。由于多个整形极子天线存在相互干扰情况,因此接收天线在频率响应上与理论值存在差异,该差异可以通过校准进行消除。通过数值仿真和样机试验测试,该天线系统的测量能力良好,符合设计预期。将该接收天线应用装载在运载火箭舱内,可以对目前已知的箭上无线系统发射频段进行有效测量,对飞行过程中箭上真实电磁环境的确认、舱内电磁兼容设计、箭地无线链路设计具有重要作用。     

火箭发动机涡轮典型结构形式对叶片低周疲劳寿命的影响研究

以某火箭发动机涡轮为对象,研究了涡轮叶片带冠、不带冠、带部分冠及叶片空心等典型结构形式对叶片低周疲劳寿命的影响。结果表明:叶片不带冠可以消除叶片顶部的疲劳损伤,但使叶背根部损伤增大,危险点位于叶背根部,叶片寿命与带冠叶片相当;带部分冠叶片在消除叶顶疲劳损伤的同时,还可以减缓叶背根部的低周疲劳,危险点位于前缘根部,寿命比原叶片高约116%;叶片空心结构可以有效降低叶片的应力应变水平,减缓叶片疲劳的效果最好,空心叶片危险点位于前缘根部,寿命比原叶片高约370%。     

火箭协同优化中的气动代理模型研究

随着运载火箭研发模式转变,快速迭代和协同优化设计成为主要发展方向,这就要求作为小回路论证中重要一环的气动特性计算能够实现在线输出数据,亟需研究一种快速计算气动特性的代理模型,代替耗时的CFD计算和风洞试验参与到总体优化设计中。综合比较多种快速计算途径,选择高斯基Kriging插值和BP神经网络两种方法构建代理模型。使用脚本控制的Cart3D软件生成数值试验样本,样本点精度与Fluent软件计算误差小于14%。通过样本点训练、内参优化和加点策略,最终获得相对误差小于10%的代理模型,能够实现给定外形参数在线秒级输出气动数据,极大地推动了气动计算在总体论证中的作用。     

面向再制造设计方案的去主观混合多属性决策方法

面向再制造设计(Design for remanufacturing,DfRem)是将再制造特征考虑到产品设计过程,因设计者缺乏明确定义的再制造知识,面向再制造方案决策受设计者主观偏好、经验等主观因素的影响,导致不合理决策设计方案。为了客观地得到面向再制造最优设计方案,提出一种去主观的混合多属性决策方法克服设计过程主观因素的影响。首先,通过物元理论表征设计特征与需求信息,结合设计准则得到初步设计方案,接着建立考虑技术、经济和环境因素的评价指标体系,采用熵权法和模糊集通过多属性决策得到最优设计方案。最后,以面向再制造的电机拆解机设计为案例验证上述方法的可行性与实践性,结果表明上述方法对面向再制造设计的方案决策有效可行。     

SiC基体结构及其对C/SiC复合材料性能的影响研究北大核心CSCD

采用聚碳硅烷作为前驱体,在800、1000、1200℃下烧结得到SiC基体,研究了温度对SiC基体密度、结晶程度的影响。结果表明基体随着温度的提高,基体密度提高,结晶程度逐渐提高,Si含量比例升高。在800℃时,基体密度为2.30 g/cm^(3),所得基体结构接近无定型态,在1000和1200℃下的密度分别为2.50和2.56 g/cm^(3),晶粒尺寸分别为2.6和4.1 nm。再以聚碳硅烷为前驱体,以碳纤维织物为增强体,采用PIP工艺制备C/SiC复合材料,热解最高温度同样为800、1000、1200℃,得到三组C/SiC复合材料,对复合材料进行了力学性能测试和断口微观结构观察,分析了基体结构对复合材料力学性能的影响。研究结果表明,在一定范围内提高热解温度,有利于改善基体特性和提高复合材料的致密化效率,从而使复合材料的力学性能有所提升,特别是弯曲、层间剪切和压缩性能提高作用明显。     

扩大斜切式缓冲结构对时速400 km铁路隧道口微气压波缓解研究

针对时速400 km高铁隧道口的微气压波研究,建立了基于三维可压缩非定常N-S方程和RNG k-ε双方程湍流模型的数值模拟方法,并通过动模型试验对计算方法进行了验证。文中分析了隧道长度、缓冲结构(带斜切的扩大段)长度和缓冲结构开孔数对微气压波的影响。研究结果表明:在一定隧道长度内,微气压波幅值随着隧道长度的增加逐渐增大;隧道口设置带斜切(30°)的等截面扩大段缓冲结构能有效缓解微气压波幅值,且随着缓冲结构的长度增加,微气压波幅值的缓解率先增大后减小,其中缓冲结构长88.56 m时缓解效果最佳,缓解率可达59.2%;该缓冲结构开孔后能进一步缓解微气压波幅值,缓冲结构开2个孔时的缓解效果最佳,缓解率可达70.9%。本文提出的缓冲结构能使得5 km及以下长度隧道的微气压波幅值达到国家规定标准,研究成果对时速400 km/h高速铁路隧道口缓冲结构的设计具有参考价值。     

椭圆轨道欠驱动编队重构最优脉冲控制

针对椭圆轨道径向或迹向欠驱动编队重构问题,提出最优脉冲控制方法。首先,建立椭圆轨道欠驱动编队动力学模型,并基此分析径向或迹向欠驱动情况下的系统能控性与重构可行性。然后,解析推导两类欠驱动情况下实现编队重构所需的最少脉冲次数。基此,将椭圆轨道欠驱动编队重构最优脉冲控制问题表述为非线性规划问题,并采用遗传算法进行求解。最后,引入全驱动最优脉冲控制策略以及欠驱动最优连续控制策略进行对比分析,验证了欠驱动最优脉冲控制策略的有效性与正确性。仿真结果表明,欠驱动脉冲控制器可在缺失径向或迹向脉冲的条件下完成编队重构,并且保持与全驱动脉冲控制器类似的控制性能。