耦合服役环境下高耐久性薄膜传感器裂纹监测

现有裂纹监测技术多存在耐久性差、虚警率高的问题。以物理气相沉积（PVD）薄膜传感器为研究对象,提出了提高其耐久性的方案,并检验了其在耦合服役环境下的监测性能。首先,选定了Cu作为使传感器耐久性最佳的导电传感层沉积材料,并采用离子镀氮化铝（AlN）薄膜和涂覆705硅胶对PVD薄膜传感器进行了封装保护;然后,综合考虑服役环境因素,编制加速环境谱,将经过封装的制备有薄膜传感器的试验件进行环境耦合加速试验;最后,对环境试验后的薄膜传感器开展疲劳裂纹监测试验,并将薄膜传感器监测结果与显微镜观察测量结果进行对比。试验结果表明：薄膜传感器能承受1 000 h严酷环境的考验,具有较高的耐久性和稳定性;环境试验后的薄膜传感器对裂纹变化敏感,PVD薄膜传感器的监测结果与基体裂纹扩展的实测信息相一致,PVD薄膜传感器的电位监测信号可以作为裂纹扩展状态和结构损伤程度的监测判据,PVD薄膜传感器可以实现对金属结构裂纹的定量监测,监测精度可达到1 mm。     

飞机管道颗粒碰撞阻尼器设计与试验验证

飞机管道振动超标是严重威胁飞机飞行安全的重要故障,降低飞机管道振动水平,对于提高飞机可靠性和安全性具有重要意义。针对难于施加管道卡箍约束的飞机管道结构的减振问题,设计了一种基于颗粒碰撞阻尼技术的管道减振器。该减振器通过特定的结构设计,在不影响现有管道结构的基础上,很方便地安装到管道上进行减振。其减振原理是基于减振器内部的颗粒碰撞而导致的能量耗散,从而提高管道结构的阻尼效应。因此,将此颗粒碰撞阻尼器安装在振动管道上,在管道发生共振的情况下,管道振动峰值将明显降低。本文基于所设计的管道减振器,利用振动台试验研究了颗粒填充率对减振效果的影响,发现改变阻尼器内部颗粒的填充率,管道的振动随颗粒填充率的增加有先减小后增大的趋势,同时利用EDEM颗粒流仿真软件计算了减振器振动过程中颗粒的能量耗散情况,发现颗粒能量耗散速率最大时所对应的颗粒填充率与试验过程中管道振动加速度降到最低时所对应的颗粒填充率达到了一致,仿真结果与试验结果取得了很好的一致性。最后,将所设计的颗粒阻尼减振器安装在液压动力源管道上进行实际减振试验,测试了在安装减振器前后,试验管道在X、Y、Z三个方向的振动加速度,经过对比分析,发现安装颗粒阻尼减振器后,液压管道的压力脉动频率下的振动水平得到了明显抑制,试验结果充分表明了本文所设计的飞机管道颗粒减振器的有效性和实用性。     

基于LESO状态反馈的无人机速度控制

无人机速度回路的控制受外界环境、构型变换等不确定性干扰因素的影响较大,采用基于线性扩张状态观测器（LESO）的自抗扰控制方法能准确估计并补偿不确定性干扰,在观测器的基础上加入状态反馈和指令前馈,能获得良好的稳态、动态品质。性能分析与仿真结果表明,基于LESO状态反馈的无人机速度控制方法具有良好的干扰抑制能力,能够实现对控制指令的精确跟踪。     

太空发电站参数化有限元建模与设计平台

在进行太空发电站的动力学与控制研究时,由于其结构尺寸庞大,单元与节点众多,传统有限元建模方法效率极低,通常只能将其假设为刚体或刚柔耦合系统,但这种近似简化处理必然会导致真实动力学特性的缺失。因此,文章提出一种太空发电站参数化有限元建模方法并建立设计平台,旨在缩短有限元建模周期,提高太空发电站设计、分析与优化的效率。以平台式太空发电站为原型,介绍了其基本参数与有限元模型。定义了易用的有限元节点与单元编号规则并给出了参数设置过程。借助APDL、UIDL,以及TCL/TK的混合编程技术,建立了太空发电站参数化有限元模块及设计平台,利用简单的菜单及人机交互界面实现电站的参数化有限元建模,设计人员从输入参数到开始建模的前处理时间不会超过2min,提高了建模效率。     

腐蚀环境下铜薄膜传感器金属结构裂纹监测

铜薄膜传感器在飞机金属结构损伤监测过程中,将长期面临大气腐蚀环境的影响。针对此背景,研究了铜薄膜传感器在腐蚀环境下的耐蚀性能,及腐蚀后的疲劳裂纹监测性能。首先,采用脉冲偏压多弧离子镀技术在不同弧电流和基体负偏压水平下制备了一系列铜薄膜,对其耐蚀性能进行了对比研究。结果表明,在弧电流60 A和基体负偏压250 V时沉积的铜薄膜耐蚀性能最佳。然后,结合耐蚀性能最佳的沉积工艺参数,在2A12-T4铝合金中心孔板试件上制备了同心环状铜薄膜传感器阵列,并开展了盐雾腐蚀试验。最后,对腐蚀试验后的铜薄膜传感器进行了疲劳裂纹监测试验。结果表明:铜薄膜传感器在腐蚀环境下具有良好的耐蚀性能,耐蚀时间达1 000 h;腐蚀试验后的铜薄膜传感器对裂纹变化敏感,能实现对裂纹定量监测,监测精度为1 mm,监测结果具有良好的可重复性。     

基于 Maxwell的高压直流接触器静态和动态特性仿真

为了对某直流接触器的动作性能进行更加深入地了解和优化,对其静态、动态特性进行了分析。首先,论述了直流接触器的静态特性,根据该接触器的动作过程建立了反力方程,通过 Maxwell软件分析了静态特性的吸反力曲线;然后,对接触器的动态特性进行理论分析,并通过 Maxwell软件计算了动态特性的吸反力曲线、速度特性、位移特性及电流特性;最后,通过试验验证仿真结果。     

基于高斯波束传输的高功率微波的大气击穿问题

提出了一种修正利用高斯波束传输高功率微波(High-Power Microwave,HPM)时的大气折射率的模型.在此模型中,把高斯波束横截面分成若干个同心圆环,并假定每一个同心圆环内的场强分布是均匀的.以基于电子流体力学方程和Maxwell方程的大气击穿理论,利用由实验数据拟合出来大气粒子的碰撞和大气电离参数,研究了高能量高斯波束的非线性传输,数值计算了在给定高斯波束参数时,在不同的压强下,波束以不同的电场强度、频率、脉冲宽度入射下的大气折射率.通过分析折射率的时间色散、空间色散以及时间空间色散,讨论了传输HPM脉冲的高斯波束的大气击穿问题,获得了一些有意义的结果.      

航天器开关电源差模滤波器设计方法研究

航天器DC-DC开关二次电源作为星上功率电子设备,既是重要的电磁干扰源,也是易受电磁干扰的设备,其电磁兼容性设计尤为重要.开关电源差模滤波器对传导干扰有着较好的抑制作用,是开关电源不可或缺的组成部分,其稳定性、可靠性和有效性是设计的关键.文章主要讨论了开关电源在低频干扰模式下的负阻抗特性,以及负阻抗模式下的不稳定原理和稳定原则.基于滤波器输入电压干扰抑制和反射电流干扰抑制的互偶原理,提出了LC滤波器参数设计流程.设计了一种基于滤波电容器电压波动幅值的LC滤波器参数计算方法,并给出了合理的滤波器失配裕量.该方法具有稳定性高和可靠性高的特点,特别适用于宇航二次电源高可靠需求.最后,依据上述流程和方法设计了一个开关电源模块,并顺利通过了EMC测量验证.     

用于可重构天线的高精密作动器研究

随着反射阵天线技术的不断发展,集成了高精密运动执行器的反射阵天线能够实现波束扫描,成为了一种新型天线的研究热点.为了便于集成及可工程化,要求执行器具有较小的体积、低功耗、快速响应、可靠性高,以及简单可控等.研究的执行器主要由压电双晶片和高精度微型齿轮组成.通过对一组双晶片交替电压载荷,执行器可以实现往复旋转.研究过程中,使用多物理场耦合有限单元法优化了执行器的结构及几何参数.通过精密机械加工技术实现执行器各组成部件的制备.双晶片由压电陶瓷和玻璃纤维材料制备而成.金属材料用于制备执行器的外壳和执行器中的微齿轮,并对制备的零部件进行装配,测试得出执行器的相关性能与设计结果对比基本一致.     

地效飞行器双断阶机腹着水砰击过载分析

地效飞行器着水过程中，断阶着水产生的冲击易导致结构表面屈曲或破坏。基于ALE 有限元法，通过罚函数法处理两相界面流固耦合问题，对地效飞行器着水过程进行数值模拟，分析不同前飞速度、下沉速度、俯仰角等参数变化对浸水深度、砰击过载等的影响。结果表明：在研究工况下，机体着水产生的压力峰值均出现在断阶处；随着俯仰角增加水平过载峰值减小，垂向过载峰值先增大后减小，俯仰角为7°时垂向过载峰值最大，是最低过载峰值（俯仰角为15°时）的1.4 倍；前飞速度增加致使水平过载峰值增大，而对垂向过载峰值影响不明显，但垂向过载峰值与垂向速度的平方近似呈线性关系，下沉速度越大，砰击过载峰值越大。