混合解析/数值方法及其在湍流数值模拟上的应用

针对带小时间尺度的源项的方程描述的流动问题,提出了混合解析/数值方法。混合解析/数值方法的基本思想是:分裂原始方程组为对流-扩散部分的偏微分方程和源项的常微分方程。偏微分方程采用合适的数值方法求解,而常微分方程采用解析方式积分。模型方程的理论误差研究表明,混合方法提高了源项处理的精度,降低了混合方法的整体数值误差。分析同时表明,基于时间分裂的算法在求解含源项双曲系统的定常类型问题,会存在数值振荡。为此发展了非分裂方式的混合解析/数值方法,在湍流模型数值计算中提高了数值稳定性,而且加快了计算的收敛速度。     

固液火箭发动机试验燃速的计算

基于固液火箭发动机固体药柱燃速与药柱通道氧化剂质量流率的关系,推导分析得出:在2s短工作时间内或者药柱通道直径增大10%的情况下,燃烧室压力与其氧化剂质量流量成正比.因此通过试验测量的燃烧室压力可计算得到发动机转级或者关机拖尾段中的氧化剂质量流量.据此,计算发动机拖尾段消耗的燃料质量,消除发动机拖尾段燃料消耗对平均燃速的影响,可以修正常用的计算试验燃速的起止点平均法.利用此方法对两种试验推进剂组合的燃速进行了计算,原偏高的燃速值降低约20%,不同尺寸发动机的燃速符合尺寸规律,偏差在5%以内,使小尺寸发动机测得的燃速可应用到大尺寸发动机的设计中.      

硅半球深腔结构无损检测技术

半球深腔的加工质量是决定硅基MEMS半球陀螺精度的关键因素之一,及时检测半球深腔的形貌参数并将其反馈至加工过程,是确保高性能MEMS半球陀螺研制成功的重要措施。由于硅半球深腔的深度较大,台阶仪和光学显微成像系统无法对半球深腔的形貌特征进行有效测量。因此,需要将硅深腔结构剖开后采用扫描电镜(SEM)进行检测。这种检测方式时间周期长,且属于破坏性的样本检测,效率和测试精度都较低。提出以硅半球深腔为模具,利用PDMS铸模将硅半球深腔的结构尺寸和表面形貌转移到PDMS凸起的半球模型上,通过检测PDMS半球模型的尺寸结构和表面形貌,即可反推出硅半球深腔的尺寸特征。经实验验证,脱模后的PDMS模型可以准确地反映出半球深腔的尺寸信息,测量结果的不确定度小于5‰,有效解决了硅半球深腔无损检测的难题。     

耐温400℃、低损耗改性氰酸酯载体胶膜的制备及性能

采用双酚E型氰酸酯树脂(BECE)和端羟基聚醚砜(Mx)共改性酚醛型氰酸酯树脂(NovolacCE),并将其与石英布复合制备出了一种耐温400℃、低损耗的改性氰酸酯载体胶膜。结果表明,适量的BECE和Mx热混合加入Novolac-CE树脂中,改善了Novolac-CE的浸润性和韧性,其与石英纤维的接触角降至72.8°,冲击韧性提高到13 kJ/m~2。相比于没经过处理的石英布,经过0.5%KH550/乙醇溶液处理的石英布与Novolac-CE树脂间的粘接强度最大提高70%,但是过多的KH550加入影响胶膜的耐热性。胶膜经200℃/4 h固化后,400℃时剪切强度大于5 MPa,且连续使用60 min后强度保持率大于80%,介电损耗为0.014。胶膜具有良好的自黏性并且室温适用期大于15 d,可作为耐高温(400℃)透波粘接材料应用。     

柔性机械臂关节作动的振动抑制方法和原理性验证

空间机械臂具有柔性大、振动频率低等特点,受激后振动的持续时间长、自然衰减慢。针对空间机械臂运行完成后留存的残余振动,采用固定界面子结构方法推导出关节转动与航天器-机械臂组合体振动的动力学显式关系。从中发现了控制关节转动并使其角速度正比于组合体振动的模态坐标,便能消耗组合体的机械能,加速组合体振动衰减的力学机理。据此,设计了逻辑关系简洁的机械臂关节角速度控制律,分别通过数值仿真和试验件实测对航天器-机械臂组合体的原理性模型开展了振动抑制效果的验证。结果表明:机械臂关节作动可以显著缩短受激后组合体残余振动的持续时间。     

基于超声导波的返回舱热防护结构烧蚀层厚度监测方法

为实时监测航天器返回舱烧蚀层厚度,文章基于超声导波在双层板结构中的传播特性研究发现导波波速与烧蚀层厚度相关,故提出依据导波波速变化对结构烧蚀层厚度损失进行表征的方法,以及根据导波频散曲线和厚度敏感曲线选择适当的监测模态和频率的方法,可以实现烧蚀层厚度的高效率、高精度实时在线监测。有限元仿真和实验结果均验证了该烧蚀层厚度监测方法的有效性。     

基于滑模变结构和扩张状态观测器的电动舵机复合控制方法

为提高电动舵机伺服系统的鲁棒性,同时解决实际工作中电动舵机不确定负载引起的跟踪精度低的问题,提出了一种采用指数趋近率的滑模变结构控制率结合扩张状态观测器对负载扰动进行实时估计的电动舵机的伺服控制方法,给出了控制器设计方法和试验验证。仿真和试验结果表明,与常规的滑模控制器相比,采用扩张状态观测器的变结构控制能有效提高电动舵机的跟踪性能。     

月球中继通信卫星系统发展综述与展望

中继通信是一些月球探测任务中必须解决的关键问题,特别是月球背面和两极地区的着陆和巡视探测任务以及载人登月任务。对国内外月球中继通信卫星的研究和发展情况进行了综述,在对月球中继通信任务需求分析的基础上,从中继通信体制选择、轨道选择等方面对月球中继通信任务的实现途径进行了分析,并对月球中继通信技术的未来发展进行了展望。     

一种新型的低噪声硅微机械陀螺电容读出电路

陀螺系统的微机械敏感结构部分的性能提升受到成本、工艺的限制,有较高难度,故提升接口电路的各项性能成为提升整个系统性能的关键。因此,电容读出电路作为微机械陀螺系统中非常重要的组成部分,该电路性能的优劣直接决定着陀螺的测量精度。为实现硅微陀螺高精度检测,设计了一款低噪声的电容读出电路。在陀螺与读出电路之间设计斩波开关,基于斩波技术进行低噪声设计,采用相关双采样技术用来降低关键的第一级放大电路的低频闪烁噪声和开关噪声。采用了一种简化的陀螺测试模型,用于读出电路的独立测试。读出电路在0.18μm CMOS工艺下设计流片,测试结果表明,该电容读出电路输出噪声为-122.8dBV/Hz1/2,可实现0.06aF/Hz1/2的电容分辨率。     

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.