大跨时空任务背景下的太阳能无人机任务规划技术研究进展

通过任务规划技术合理的优化太阳能无人机的飞行轨迹和动力学参数,能够有效提高太阳能无人机的能量利用率,使其胜任许多大范围跨时间跨空间飞行任务。从能量建模、续航评估和能量管理策略3个方面对大跨时空任务背景下太阳能无人机任务规划技术的研究进展进行了综述。在能量建模方面,介绍了当前主流的太阳辐射模型和能量生产基本框架;在续航评估方面,分析了目前的指标设计和应用方法;在能量管理策略方面,从能量综合应用、风力滑翔机制、轨迹优化方法和面向特定任务的应用4个角度,梳理了当前的研究现状。最后,对该领域未来可能的研究方向进行了展望。     

1 500℃极端高温环境下高超声速飞行器轻质隔热材料热/振联合试验

远程高超声速飞行器处于极为恶劣的气动加热与振动耦合环境中,长时间的高温与振动载荷相互叠加会导致飞行器热防护材料出现裂纹、错位、剥离或脱落,甚至会引发致命的安全事故。因此热防护材料在极端高温环境下的地面热/振联合试验测试,对于高超声速飞行器的安全可靠性设计极为重要。建立高温与振动复合试验环境,设法解决轻质多孔隔热材料在强振动下,表面温度难于准确测量与控制的难题,制作水冷式隔热装置保护价格昂贵的振动激励设备等,实现了1 500℃高温环境下高超声速飞行器轻质隔热材料的热/振联合试验。得到非金属隔热材料陶瓷纤维板内部的断裂形貌及裂纹断面特征。根据试验前、后材料的表观及微观变化以及内部结合剂的变化等试验结果,对材料进行改进。经过试验测试后,达到了使用要求。本文建立的1 500℃极端高温环境下的热/振联合试验系统及试验结果为远程高超声速飞行器热防护材料的抗振动能力评估、隔热效果确定以及材料性能的改进提供了重要支撑。     

全模颤振双索悬挂系统刚体模态频率研究

研究绳系结构和绳索预紧力对全模颤振双索悬挂系统刚体模态频率的影响。首先,基于绳索并联机构理论,对双索悬挂系统进行静力学建模,引入加权矩阵,推导了双索悬挂系统静刚度模型;其次,建立双索悬挂系统无阻尼振荡方程,分析双索悬挂系统刚体模态频率变化规律;进而,搭建了双索悬挂系统地面样机,开展系统模态频率测试试验,研究系统刚体模态频率的影响因素及其变化规律;最后,参考试验结果修正所建数学模型。结果表明,随着绳索预紧力的增加,系统刚体模态频率呈上升趋势,但各阶刚体模态的固有频率上升速率不同,平动模态的固有频率受绳索预紧力影响比转动模态小得多;在转动模态方面,滚转模态的固有频率最大且上升快;在平动模态方面,升沉模态的固有频率大于横侧滑模态的固有频率;双索经过的机身前后滑轮与飞机模型质心之间的相对位置变化会不同程度地影响支撑系统俯仰模态、偏航模态的固有频率,但几乎不影响其滚转模态的固有频率。研究发现,通过控制悬挂绳索预紧力的大小,合理设计机身上的滑轮安装位置,能够有效降低双索悬挂系统刚体模态频率。研究结果对于优化设计全模颤振双索悬挂系统具有指导意义。     

扩压叶栅叶尖非定常流动的涡动力学机理

为了揭示压气机叶尖区旋涡结构与流动非定常性之间的关联,采用URANS对一亚声速平面扩压叶栅在不同攻角下的流场进行了求解,并借助Q判据提取了叶尖瞬态涡系结构。结果表明：泄漏涡的破碎现象能够通过诱导新的涡结构间接作用于相邻通道的叶尖流动,是导致叶尖流场失稳的关键因素。在-0.3°和+0.7°攻角下,叶尖泄漏涡发生了螺旋破碎,并伴随有非定常诱导涡的出现,诱导涡对相邻叶片载荷的影响使得叶尖泄漏涡发生周期性摆动;在+1.7°攻角下,泄漏涡破碎会导致反流涡的形成,反流涡的输运会给叶片载荷和来流攻角带来非定常扰动,反过来又会作用于泄漏涡的破碎和反流涡的生成,最终表现为一种自维持的非定常流动现象。     

湍流控制屏声学校准及校准精度影响因素

湍流控制屏（TCS）是航空发动机风扇噪声试验必备的试验设施。由于湍流控制屏的作用,风扇前传噪声向远场传播时会产生传递损失。通过对湍流控制屏的声学校准,可以获取湍流控制屏的声学修正量,从而实现对风扇前传噪声的修正。本文结合实际工程应用条件,分析了湍流控制屏重复安装的位置精度、校准声源重复性、稳定性、校准声源位置偏差、温湿度修正等因素对湍流控制屏声学修正量精度的影响;结合上述影响因素,对湍流控制屏160 Hz~40 kHz的声学修正量的特征进行分析,总结工程应用中湍流控制屏高精度声学校准的注意事项,提出湍流控制屏的声学校准应包含测量不确定度。     

地球同步轨道薄膜太阳帆的姿态轨道控制方法

薄膜太阳帆（FSS）是集推进、发电和姿轨控功能于一体化的超大型挠性太阳帆式航天器,通过调整薄膜反射率产生可变推力和力矩,实现其姿态和轨道运动控制。结合薄膜太阳帆在地球同步轨道运行时的受力特性进行了轨道漂移分析。通过建立薄膜太阳帆动力学模型及受力模型,提出了调整帆面角度轨道修正方法以及基于薄膜光压力矩角动量卸载的长期在轨对日定向面内双轴动量轮稳定控制方法。通过系统仿真验证表明所提的轨道修正和对日定向控制方法是合理有效的,可使薄膜太阳帆长期在定点位置维持对日定向。     

基于贝叶斯模型平均的航空发动机可靠性分析

针对不同失效模式的特点,利用航空发动机状态监测信息,分别采用Gamma过程、Wiener过程和Weibull分布建立可靠性分析模型.采用贝叶斯模型平均（BMA）方法,分析不同失效模式对可靠性影响,对航空发动机可靠性进行集成分析.通过算例跟踪某在翼航空发动机可靠性水平,基于贝叶斯模型平均的航空发动机可靠性模型的计算误差率低于单一可靠性分析模型,计算结果误差率低于1%.说明多模型集成可靠性技术在复杂系统运行可靠性分析中的有效性和准确性.      

酒石酸钠体系中TC18钛合金阳极氧化膜的制备、表征与疲劳性能

在以酒石酸钠为成膜剂的新型无氟环保电解液体系中对TC18钛合金进行阳极氧化,制备出一种钛合金阳极氧化膜。通过扫描电子显微镜和拉曼光谱仪分析了阳极氧化膜的形貌和相结构。采用电化学方法研究了阳极氧化后TC18钛合金的耐腐蚀性能。采用万能高频疲劳试验机进行高频疲劳试验。结果表明：膜层具有沟壑与鼓包的表面形貌。膜层具有非晶态、锐钛矿型及金红石型TiO₂结构,可能有板钛矿TiO₂结构。阳极氧化后TC18钛合金的耐蚀性有显著的提高。阳极氧化后TC18钛合金的拉伸性能与疲劳性能基本不降低,相比于传统硫酸-磷酸型阳极氧化,拉伸性能和疲劳性能得到了一定的改善。     

基于滑模自适应控制的不确定混沌系统修正函数投影同步

研究了一类不确定混沌系统的修正函数投影同步。首先,设计了一类滑模曲面;基于该曲面设计了同步控制器,并采用自适应技术设计了自适应律对不确定参数进行逼近。在一定条件下,该同步控制方案可以实现2个不确定异结构混沌系统的修正函数投影同步。然后,为保证合适的控制量,对控制增益进行了优化。从同步效果来看,所设计的控制器对混沌系统的不确定项的影响具有较强的鲁棒性。最后,数值仿真验证了该控制器的有效性和可行性。     

C频段宽带线／圆极化器小型化设计

为适应C频段卫星测控通信车栽天线机动布站功能,须研制一种轴向尺寸小于1．2m的小型化天馈系统,针对该问题,对关键组件线／圆极化器进行小型化设计。在理论分析极化器原理的基础上,采用在聚四氟乙烯基材上打孔的方法使一种介质实现多种相对介电常数,设计了C频段收、发均覆盖575MHz带宽的小型化宽带极化器,在56％相对带宽内实现小型化,轴向尺寸缩短至常规极化器的1／a,经HFSS（HighFrequencySimulationSoftware,高频仿真软件）仿真计算,并与同频段常规极化器性能进行分析比较,结果表明：该极化器移相量与匹配性能良好,满足指标与使用要求。