固体运载火箭底部对流热环境数值模拟

采用数值仿真方法,开展了固体运载火箭底部对流热环境计算研究。采用线性化热力学参数的单一介质简化处理方法,模拟了发动机喷流与高速主流的流场,得到了热流与温度参数,并与飞行试验结果进行了对比分析。结果表明固体运载火箭底部存在较为严酷的对流热环境,本文的数值计算结果与真实飞行试验结果吻合较好,该方法可为固体运载火箭的热环境与防热设计提供参考。     

Rotation Control of a 3-DOF Parallel Mechanism Driven by Pneumatic Muscle Actuators

The pneumatic muscle actuator(PMA) has many advantages,such as good flexibility,high power/weight ratio,but its nonlinearity makes it difficult to build a static mathematical model with high precision. A new method is proposed to establish the model of PMA. The concept of hybrid elastic modulus which is related to the static characteristic of PMA is put forward,and the energy conservation law is used to achieve the expression of the hybrid elastic modulus,which can be fitted out based on experimental data,and the model of PMA can be derived from this expression. At the same time,a 3-DOF parallel mechanism(a new bionic shoulder joint)driven by five PMAs is designed. This bionic shoulder joint adopts the structure of two antagonistic PMAs actualizing a rotation control and three PMAs controlling another two rotations to get better rotation characteristics. The kinematic and dynamic characteristics of the mechanism are analyzed and a new static model of PMA is used to control it.Experimental results demonstrate the effectiveness of this new static model.     

Experiment on Boiling Heat Transfer of Refrigerant R134a in Mini-channels

The flow boiling heat transfer characteristics of refrigerant R134 a flowing inside two different kinds of minichannels are investigated. One channel is multi-port extruded with the hydraulic diameter of 0.63 mm,and the other one is rectangular with offset fins and a hydraulic diameter of 1.28 mm. The experiments are performed with a mass flow rate between 68 and 630 kg/(m~2·s),a heat flux between 9 and 64 kW/m~2,and a saturation pressure between 0.24 and 0.63 MPa,under the constant heat flux heating mode. It is found that the effect of mass flow rate on boiling heat transfer is related to heat flux,and that with the increase of heat flux,the effect can only be efficient in higher vapor quality region. The effects of heat flux and saturation pressure on boiling heat transfer are related to a threshold vapor quality,and the value will gradually decrease with the increase of heat flux or saturation pressure. Based on these analyses,a new correlation is proposed to predict the boiling heat transfer coefficient of refrigerant R134 a in the mini-channels under the experimental conditions.     

上升段飞行器目标的视频图像跟踪

粒子滤波是一种基于贝叶斯估计理论和蒙特卡罗理论的实时目标跟踪方法,具有较为灵活的并行化跟踪方式,能够较好地维持跟踪目标的假设状态,具有较好的跟踪效果和鲁棒性。上升段飞行器目标飞行视频图像跟踪是火箭等目标飞行监控的重要阶段,但现阶段对飞行器上升段的视频图像跟踪主要依靠人工手动操作云台控制器,实现视频图像中的飞行器跟踪,跟踪图像存在跟踪滞后、画面抖动等现象,跟踪效果受人为因素影响较大。本文提出一种基于粒子滤波方法的上升段飞行器目标视频图像跟踪方法,建立飞行器目标粒子滤波跟踪模型实现对飞行器目标的识别和跟踪,在识别和跟踪的基础上建立云台控制模型,通过对云台的智能控制获得飞行器上升段的高质量图像。采用火箭发射的视频图像作为模型验证的实验数据,检验飞行器目标的跟踪效果。     

自动铺丝最小间隙路径规划与复合材料锥壳结构制造

自动铺丝技术（AFP）是提高复合材料构件制造效率和降低其制造成本的关键技术和重要手段。铺放轨迹的设计是控制自动铺丝工艺质量的关键。对于复杂的结构形式,合理的铺丝路径对保证可制造性及铺贴质量至关重要。本文针对简化后的后机身锥壳特征结构,研究了基于固定角法、测地线法和变角度法的自动铺丝轨迹算法设计,解决了铺放复杂曲面满覆盖问题;总结对比获得了不同铺丝轨迹方法的特点和适用范围。以保证工艺性并满足结构设计铺层方向为原则,选用了带宽为6.35 mm的自动铺丝预浸料完成工艺验证件制造,并通过有限元分析评估了自动铺丝轨迹算法的合理性。结果表明：该结构宜采用测地线法铺放0°方向铺层以减少褶皱;采用固定角法铺放90°方向铺层能够保证连续铺放;采用结合预浸窄带侧弯试验结果的变角度轨迹规划方法铺放此锥类构件±45°方向铺层能够保持最小间隙。铺丝间隙使锥壳结构单层等效模量下降约30%,整体强度下降约10%。因而在结构优化设计时需考虑自动铺丝工艺对安全裕度影响的因素。     

反推状态下大涵道比涡扇发动机气动稳定性预测与评估

为了预测与评估反推状态下,反推气流再吸入对大涵道比涡扇发动机气动稳定性的影响,采用反推气流扰流流场三维CFD数值模拟、发动机整机稳定性计算分析以及反推状态下发动机进气畸变台架试验相结合的方法,开展了反推气流对大涵道比涡扇发动机气动稳定性影响的研究。通过三维CFD数值模拟手段,捕获了反推状态下发动机进口流场的畸变程度。在此基础上,通过采用稳定性计算程序预测了发动机的气动稳定性,并进一步通过发动机台架试验,验证了预测结果。CFD计算结果表明,随着相对来流马赫数的减小,反推气流被发动机重新吸入的可能性不断增大,当相对来流马赫数减小到0.05时,外侧发动机进口的流场畸变情况变得最为严重。进气畸变情况下的整机稳定性计算分析以及发动机台架试验结果表明,在所考核的目标状态,若只存在因反推气流再吸入引起的进口流场畸变,是不会导致发动机失稳的。     

发动机可调尾喷管灵活性预测及其影响因素研究

为了能够利用尾喷管同步环推力测试实验评估其合格率,提出了可调尾喷管灵活性仿真预测方法,并利用动力学模型研究了零件表面加工精度和几何公差对其灵活性的影响规律。结果表明:随着表面粗糙度等级的降低,可调尾喷管调节片与密封片之间的摩擦阻力增大;在尺寸公差为(-0.1,+0.1),零件几何尺寸越大,调节片与密封片之间的摩擦阻力越大;在表面粗糙度为不大于Ra6.3条件下,基于基本尺寸和最小极限尺寸建立的动力学模型能够满足伸展和收缩过程动作响应灵活性要求(0.2s内)。因此,为了满足可调尾喷管伸展和收缩灵活性要求,其各零件公差应控制在下偏差范围内,并相应提高表面加工质量。     

航空发动机部件级模型实时性提高方法研究

基于大涵道比涡扇发动机部件级模型,从减少单次流路计算耗时和降低单步流路计算次数两方面研究提高模型实时性的方法。测试并分析了发动机各模块单步计算耗时,通过建立气体热力属性插值表,使模型单次流路计算耗时减少80%,在3.3GHz Intel CPU平台下模型单次流路计算耗时0.02ms,在168MHz STM32F407硬件平台下耗时1.55ms。研究了不同收敛残差对模型流路计算次数及仿真精度的影响。仿真结果表明:相比Newton-Raphson法,Broyden法流路计算次数更少;将迭代求解残差由0.0001调整至0.001或0.005,模型流路计算次数显著减少,低压转速仿真偏差在0.2%以内。     

基于比例复数积分+重复控制的三相LC并网逆变器控制策略研究

针对传统PI控制的局限性,采用基于复数域的比例复数积分(PCI)控制与重复控制并联的新型控制策略,其中PCI控制可以在给定条件下消除交流稳态误差,重复控制能够抑制并网电流谐波,提高稳态控制精度。该新型控制策略可以较好地控制交流信号,能直接应用于三相abc坐标系,省去坐标变化环节,节约逆变器控制系统成本。最后通过MATLAB/Simulink仿真平台,建立LC型滤波器的逆变器并网模型,仿真分析证明了该控制策略的可行性。     

固液混合推进石蜡燃料的性质及燃烧性能研究

石蜡燃料具有高退移速率和低成本的特性,是理想的固液混合推进剂燃料。为了研究不同石蜡燃料的性质对燃烧性能的影响规律,针对54#,58#,62#和66#4种粗晶石蜡和58#,60#,70#和90#4种微晶石蜡开展了粘度分析和TG-DSC热分析,并利用高速摄影法测试了8种石蜡在氧气流中的燃烧性能。研究结果表明:8种石蜡燃料的退移速率与氧气质量密流之间均满足幂函数关系,幂函数系数分别为0.0521±0.0012,0.0479±0.0008,0.0444±0.0010,0.0394±0.0007,0.0459±0.0009,0.0411±0.0008,0.0385±0.0011和0.0247±0.0007。石蜡的燃烧特性受粘度和熔点的影响很大,熔点越高,其退移速率越低;石蜡熔化液体的粘度越低,其退移速率越高。8种石蜡燃料的平均退移速率分别比HTPB燃料的退移速率高196%,171%,159%,141%,156%,146%,125%和48%。