航天器GNC系统数学仿真技术研究现状及展望

总结航天器GNC系统数学仿真技术现状,给出控制系统数学仿真所需具备的4个能力：复杂系统仿真建模、多学科协同仿真、高性能计算和数学仿真平台.对这四个方面未来的技术发展进行展望.     

一种航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法

针对典型航天器热控设计与传热过程特点,建立了设备与舱体动态耦合换热集总参数模型。提出了一种基于热时间常数的航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法,给出了双节点耦合换热型航天器系统的热时间常数定义,建立了热平衡温差与温度变化率的对应关系。提出了基于Levenberg-Marquardt最小二乘法温度曲线拟合的热时间常数实时修正方法,该实时修正方法可用于多节点耦合换热航天器热平衡温度稳定判据确定。讨论了目前广泛采用的航天器热平衡试验温度稳定判据的适用性,研究结果可用于指导航天器热平衡试验中温度稳定判据确定。     

一种超静平台主动指向容错控制方法

针对超静平台主动指向控制中的作动器故障问题,提出一种超静平台主动指向容错控制方法。首先,基于超静平台的一般动力学模型,推导用于指向控制的解耦模型和标准解耦矩阵,将超静平台由高度耦合的复杂多输入多输出系统变为多个相对简单的单输入单输出系统,有利于控制器的设计和容错控制方法的引入;在此基础上,针对作动器的故障问题,提出指向控制重构策略,并建立新解耦矩阵;进一步,提出基于解耦矩阵条件数最小的冗余自由度选择方法;最后,进行了数值仿真分析。仿真结果表明：基于冗余自由度最优选择的主动指向容错控制方法能够最大限度地减少作动器故障对超静平台主动指向控制效果的影响。     

仿生学翼型尾缘锯齿降噪机理

采用大涡模拟与声类比的方法研究了尾缘锯齿对翼型自噪声的影响。以SD2030翼型为研究对象,设计的尾缘锯齿幅值为10%弦长,周期为4%弦长。模拟了来流速度为31 m/s、0° 攻角下直尾缘翼型与锯齿尾缘翼型的流场,对应的基于弦长的雷诺数约为310 000。详细分析了尾缘锯齿对翼型尾缘湍流流场的影响,并通过FW-H方程计算大涡模拟提取的声源项,得到直尾缘翼型与锯齿尾缘翼型的声场。研究发现,锯齿尾缘可以明显降低翼型中低频范围内的噪声,在4 000 Hz以下,窄带噪声最多可降低约16 dB。但尾缘锯齿对翼型气动性能有着不利影响。进一步研究表明,该状态下翼型噪声主要由层流边界层引起的涡脱落噪声主导,尾缘锯齿可以抑制层流边界层引起的涡脱落现象,降低翼型升力脉动与尾缘附近的表面压力脉动,减弱尾缘处的低频湍流脉动与涡量,并有效降低尾缘附近涡的展向相关性,这些因素的综合作用使得翼型自噪声降低。     

冬季桃仙机场持续大雾天气成因分析与应急服务

利用常规观测资料,对2011年11月26-28日沈阳桃仙机场出现持续大雾天气进行客观分析与应急服务总结。结果表明:此次大雾的天气过程具有混合型的特点,雾的性质随着时空变化而转变,由锋面雾、辐射雾和平流雾交替转换。其中,冬季桃仙机场"口袋型"地势与地面风配合有利于大雾的形成与维持;850-700hPa之间弱的正散度区,促进了上升运动区与下沉运动区的界面中的逆温层的维持;后续925 hPa低空湍流的发展对大雾消散起到了关键作用。     

基于数字地图预处理的低空突防飞行路线规划

地形跟随/地形规避/威胁回避TF/TA²(Terrain Following, Terrain Avoidance, Threat Avoidance)路线规划是低空突防研究的关键技术.地形信息存贮在数字地图中.为保证所设计路线对飞行器来说是可实现的,研究了数字地图的预处理,把地形、威胁及飞行器性能等信息融合构造了虚拟的地形表面.预处理包括数据文件压缩、威胁信息转化为地形信息、数据插值、及地形的平滑处理.通过设计综合TF/TA²的指标函数、根据A^*算法对其转化,并采用优化方法,可实现三维TF/TA²路线规划.仿真结果证明了算法的有效性.     

基于增量考核的飞机延寿方法与应用

为深度挖掘老龄飞机的寿命潜力,提出并应用了基于增量考核的飞机延寿方法。以寿命增量考核为主线,围绕定基点、再更新、获增量展开。通过将体现飞机使用严重程度的当量飞行小时作为延寿基点,科学处理了老龄飞机已消耗寿命。开展4种不同状态到寿飞机的深度拆毁与损伤评估,全面掌握机体疲劳关键薄弱部位,确立机体结构修理基点。建立以疲劳薄弱部位耐久性修理为核心、关键部位新型增材修复、隐蔽区域高精度损伤检测为支撑的规范性飞机延寿大修技术体系。以较小的重量代价,大幅改善了机体结构原有疲劳品质,实现对累积损伤"清零"与结构状态"统一",消除所有影响飞行安全的隐患与故障,实现了对机体结构的"再更新"。进而通过全尺寸疲劳试验系统验证更新飞机的寿命增量,形成了完整的飞机结构修理与延寿相结合的技术体系。     

面向空间应用的单向微膨胀型热开关特性分析

为了提高探测器等航天器的温度控制精度,降低热波动造成的影响,基于金属的热胀冷缩原理设计了一种单向膨胀型热开关,利用二维稳态导热原理进行建模分析,得到热开关热特性参数。搭建了试验平台模拟热开关工作环境,测定不同功率条件下热开关的工作状态以及相关性能参数。当加热功率为04W时开关断开热阻为23046K/W;功率为30W时开关的导通热阻为03022K/W,开关控制比为7626。结果表明,试验数据与理论计算数据吻合较好,进一步说明了热开关的结构合理性以及适用性。     

箱式动力结构的振动传递特性分析

针对箱式动力结构大型化、柔性化的特点,结合有限元法,以二级减速箱为对象研究不同激励条件下齿轮轴-轴承-箱体的振动传递特性.箱体采用Craig-Bampton动力缩减法缩聚到轴承孔中心处作为柔性子结构,啮合传递误差和输入轴扭矩波动分别作为激励源,考虑齿轮的时变啮合刚度、啮合错位、齿侧间隙、轴向重合度等非线性因素,计及轴段、齿轮的重力效应,基于轴段节点的思想分析了箱体缩聚节点处及轴承内圈处的动态加速度响应.最后基于Block Lanzos法提取箱体的固有特征频率.数值分析结果表明,输出轴轴承在动响应传递过程中没有起到衰减作用,应该替换以防影响整个系统的性能;减速箱的箱体设计保守,可以根据箱体缩聚节点处的动态响应为激励条件进行优化.      

计量活门磨损寿命预测

对计量活门的磨损量进行建模,进行了探索研究,考虑了3种计算磨损量的方法.基于某型航空发动机燃油控制装置的计量活门试验数据的计算,结果表明:采用灰色理论的基于时间序列的一阶微分方程模型可以较准确地计算出计量活门的磨损量,相对误差小于5%.对于燃油控制装置计量活门磨损寿命的预测具有实用意义, 可以为燃油控制装置整体使用寿命的提供一定的依据.