M40/648碳纤维环氧复合材料热循环效应研究

空间热循环作用的耐受性是决定碳环氧复合材料在轨服役寿命的重要因素之一。文章以M40/648碳纤维环氧复合材料为研究对象,开展了热循环(温度区间:-150~+150℃)效应试验研究,分析了试验前后的材料质量损失率、层间剪切性能、微观形貌和表面成分的变化。结果显示:热循环作用后材料的质量损失率在0.04%~0.07%之间;200次热循环使材料层间剪切强度提高,而300次热循环导致材料层间剪切强度下降1.16%;热循环作用对材料断口形貌影响较大,同时造成材料表面碳元素含量降低。     

Satellite group autonomous operation mechanism and planning algorithm for marine target surveillance

In terms of fast response problem of unanticipated marine target, it is necessary to design the satellite-ground-combined operation mechanism and planning algorithm for autonomous task planning. Firstly, based on the autonomous operation and task planning of remote sensing satellite group, it is divided into two parts: ground planning and satellite autonomous planning. Secondly,the satellite-ground-combined operation mechanism and operation flow for task planning are proposed after fully considering the resource characteristics and task demand characteristics of the ground and satellite. The satellite autonomous task planning algorithm based on extended contract net is designed. Through the simulation operation of the self-developed distributed simulation demonstration software, it shows that the operation mechanism can coordinate and cooperate effectively between the satellite autonomous task planning and ground planning. It can give full play to the advantages of the ground computing resources, reflect the control intention, make full use of the real-time feature and flexibility of the satellite calculation, and respond fast to the unanticipated task. Besides, it has solved problems of the untimely response of ground control on unanticipated observation task, the limitation of satellite computing resources and satellite-ground planning and coordination, which can effectively improve the responsiveness of remote sensing satellite to the observation task of maritime unanticipated target.     

跟踪微分器在变流量燃气发生器上的应用研究

变流量固冲发动机(VFDR)工作时,常采用PID控制器控制燃气发生器内燃气压强。对于阶跃或方波形式的压力指令,往往由于误差信号的突变使执行机构瞬时输出的控制力过大,产生较大的燃气压强超调与燃气流量负调,严重影响了控制系统的性能。为解决上述问题,在常规的PID控制器基础上,引入跟踪微分器(TD)给压力指令信号合理地安排一个快速无超调的过渡过程并提取微分信号。然后令燃气压强跟踪这个安排的过渡过程,使压强达到期望值。通过对变流量燃气发生器的非线性模型进行仿真试验,结果表明:相比于PID控制器,无论压力指令在高或低压强范围内,所提出的控制器均具有更高的稳态精度和快速性,压强的超调量不超过3.7%,响应时间在1s以内。此外,该控制器在抑制燃气流量的负调量上展现了巨大的优势,可将最大负调量减小2.7～3.25倍,显著地提升了VFDR的性能。     

基于切割单元直角坐标网格的DSMC方法及优化技术

对传统直角坐标网格进行改进,根据计算机图形学对与物面相交的正方形网格进行切割,使单元与物面贴体,并能根据流场的变化对网格区域进行局部加密。结合直角坐标网格与非结构网格的特点,编写了自适应直角坐标网格的生成程序,并发展了基于切割单元直角坐标网格的直接模拟蒙特卡洛(Direct simulation Monte Carlo,DSMC)方法。同时通过当地模拟分子数、动态时间步长技术优化DSMC方法,提升计算效率。数值结果表明,本方法在计算过程中使搜索效率得到大大提升,同时也保证了物面网格单元的贴体性,提高了物面附近流场的计算精度,还易于实现网格自适应。     

几何非线性固体壳单元新列式的研究

通过定义广义应力，提出了一个改进的刚度矩阵，以克服固体壳元的厚度自锁问题；由一个基于广义应力的新的非线性变分泛函，推导了一个用于几何非线性分析的十八节点固体壳单元，精心选择低、高阶应力插值模式，保证二者正交，且对应于低阶项的刚度阵与减缩积分单元相当，对应高阶项的刚度阵用于克服单元的零能模式且可推得显式，从而显著提高了计算效率，此外该单元还拥有优秀的收敛性能，即使在非常大的载荷步下也能取得好的收敛结果。     

基于改进型两步卡尔曼滤波的相对导航方法

采用Clohessy-Wiltshire(C-W)方程描述的近圆轨道相对导航状态方程具有线性的形式,而以航天器相对距离和相对方位作为测量信息的观测方程是非线性的,针对近圆轨道航天器相对导航的这一特点,给出了采用两步卡尔曼滤波(Two Step Kalman Filtering,TSF)的相对导航算法,并且利用Unscented变换方法,解决了两步卡尔曼滤波的状态初值确定问题,给出了TSF的完整算法.数值仿真比较了TSF和扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filtering,EKF)、无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filtering,UKF)等算法的性能,验证了采用TSF方法实现相对导航的可行性和有效性.     

轮控欠驱动航天器的姿态控制特性

针对由飞轮控制的欠驱动航天器,研究了直接以飞轮转速为控制输入时航天器姿态的小时间局部可控性与可镇定性。首先,视飞轮转速为输入,将航天器与飞轮总角动量守恒的约束直接纳入系统动力学方程中。然后,利用非线性系统的可控性与可镇定性理论分析该系统方程在分别带有一个和两个飞轮时的控制特性。结果表明,仅在带有两个非共轴的飞轮时航天器的姿态才有可能满足局部可控;同时,系统已经不能被时不变光滑状态反馈渐近镇定,但至少可以被分段连续的状态反馈渐近镇定。据此,设计了基于四元数的非光滑控制器使得航天器的姿态迅速镇定,同时飞轮转速不超过最大转速,既验证了理论分析结果的正确性,又具有一定的实用意义。     

ITO/Kapton/Al薄膜材料空间微小碎片与原子氧综合作用试验研究

空间微小碎片与原子氧作用对带防护涂层材料的性能有较大影响。文章针对ITO/Kapton/Al薄膜进行了微小碎片与原子氧综合作用的试验研究。结果表明:微小碎片与原子氧作用后,薄膜表面损伤严重,质量损失明显;综合作用和单独碎片撞击造成材料太阳吸收比的退化程度一致;综合作用造成ITO/Kapton/Al表面In、Sn含量降低,C含量低于单独碎片作用样品。     

一种多部位损伤全寿命分析的工程方法

提出了一种多部位损伤全寿命分析的工程方法,该方法包含3部分内容。对多裂纹萌生问题,通过研究多细节结构中裂纹萌生机理,将裂纹萌生寿命的取值事件转化为3个独立事件的积事件,前者的发生概率等于3个独立事件发生概率的乘积,3个独立事件的发生概率可由单细节结构裂纹萌生寿命的概率分布求得。从而可由单细节结构裂纹萌生寿命概率分布得到多细节结构中依次出现的各条裂纹的萌生寿命的概率分布。对多裂纹扩展问题,先通过有限元方法计算出多裂纹指定长度组合下的应力强度因子,然后引入响应面法,定量地建立了裂纹长度与应力强度因子之间的函数关系,由响应面模型得到多裂纹任意长度组合下的应力强度因子,最后采用循环接循环法进行裂纹扩展分析。对多裂纹结构失效分析,采用亚临界条件判断结构是否失效,认为结构上萌生的首条裂纹与第2条裂纹的位置相邻,裂纹发生首次连通时,结构失效。进行了单细节带孔板与多细节带孔板的裂纹萌生扩展试验,并对多细节带孔板的裂纹萌生扩展寿命和首次裂纹连通寿命进行了预测。预测结果和试验结果吻合良好,表明该方法是有效的。     

高低频复合振动钻削CFRP/钛合金叠层结构试验

针对碳纤维增强复合材料（CFRP）和钛合金叠层结构在传统钻削过程中切削温度高、加工质量差等问题,基于低频振动钻削和高频（超声）振动钻削的优势,提出了高低频复合振动钻削的加工方法。采用自主研制的高低频复合振动钻削装置,对CFRP/钛合金叠层结构进行了制孔试验,对比研究了普通钻削、超声钻削、低频振动钻削和高低频复合振动钻削4种方式下的切削力、钛合金切屑形貌、切削温度和CFRP孔加工质量。结果表明：4种加工方式中,高低频复合振动钻削的轴向力波动相对较大,切削温度显著降低,产生的钛合金切屑呈不连续扇形且整体尺寸最小,CFRP孔出入口及孔壁的损伤程度最低,显著提高了加工质量,为复合材料叠层结构一体化制孔加工提供了指导意义。