气热耦合条件下涡轮动叶叶型与冷却结构优化

为改善叶片表面温度场,提高叶片气动效率,对燃气涡轮动叶进行了针对叶型以及冷却结构的气热耦合优化。优化结果表明:对冷却结构以及叶型优化后,叶片表面最高温度降低13.64K,平均温度降低6.46K,尾缝冷气出口温度提升6.81K,尾缝出口马赫数由0.24增大至0.30,高温函数降低85.20%,气动效率提高0.58%。通过分析,对该涡轮动叶,尾缘第三腔冷气流动速度的增大及第三腔叶顶冷气低速漩涡区的缩小是减小叶片表面温度的主要因素;型面压差减小导致横向二次流损失的降低及三个截面马赫数减小导致的激波损失降低是减小气动损失的主要因素。     

基于高斯过程的航天器自适应滑模姿态控制

针对存在模型不确定性和外界干扰的刚性航天器,提出了一种基于高斯过程回归(GPR)的新型自适应滑模姿态控制算法。该算法具有自学习能力,在不同的姿态控制任务下都能够实现高精度、强鲁棒和高效率的姿态跟踪。首先,在航天器的四元数标称系统动态模型基础上,应用在线稀疏高斯过程回归(SOGP)方法学习系统的未知动态;其次,结合高斯过程的预测均值设计滑模控制算法,利用高斯过程的预测方差自适应调节控制增益,并应用李雅普诺夫方法严格证明闭环系统的稳定性,保证了航天器姿态跟踪误差的渐进收敛性;最后,通过数值仿真验证了所设计控制器的有效性。结果表明,该自学习控制算法与自适应滑模控制(ASMC)与神经网络自适应控制等算法相比,具有更快的收敛速度、更高的跟踪精度以及更低的控制成本。     

水中上升气泡体积变化率的图像分析技术

水中上升气泡的体积变化率是舰船自消隐特种气幕技术等诸多研究的重要基础.鉴于当前对这一体积变化率研究的紧迫需求,提出并较为深入地研究了水中上升气泡体积变化率的图像分析技术.首先,在理论研究的基础上,专门建立了分析计算的数学模型;进而给出了分析的实施方法,即利用摄像法获取水中上升气泡的图像序列,并从中得出所需图像的相关信息,再利用建立的模型即可求出其体积变化率;同时,设计了专门的实验,初步验证了这一分析技术的可行性.     

自适应中心变异差分进化算法及其在涡轮叶型优化设计中的应用

为了更好地求解多维复杂函数优化问题,提出了自适应中心变异差分进化算法(SCDE),并以低温火箭发动机多级氧涡轮叶片的高精度气动型面优化设计为例进行了验证.使用商业软件进行三维叶片几何造型和单通道流场分析,计算得到涡轮效率作为优化设计评价指标.最终得到了合理的优化结果,涡轮效率相比初始设计提高了5.25%.      

新型预燃室的数值与实验研究

设计了一种双旋流气动雾化喷嘴、中心点火的结构紧凑的小型预燃室。并利用数值和实验手段研究了预燃室内部流动特征、油雾的索太尔平均直径(Sauter mean diameter,SMD)及稳定点火范围。数值结果显示:由于采用双旋流设计,在气动雾化喷嘴出口处气流的周向速度很大,在轴向会形成一个稳定的回流区。实验结果显示:该预燃室气油流量比大于3.5时,SMD小于10μm;马赫数在0.37~0.84范围内,均可在一定余气系数内完成点火。     

系列嵌套圆环系统的能量吸收特性

能量吸收结构的性能对航空、航天等领域的人员和结构防护非常重要。针对一种系列嵌套圆环系统的能量吸收特性进行了理论、数值和实验研究。首先建立了考虑应变强化效应的系列嵌套圆环系统受刚性平板横向准静态压缩时的刚塑性理论模型;然后对双环和三环嵌套圆环系统进行了准静态压缩实验及有限元数值模拟,理论预测、数值模拟和实验测得的系列嵌套圆环系统的载荷-挠度曲线吻合很好;最后对将系列嵌套圆环系统应用到航空领域进行了探讨,以应用至航空座椅为例,建立了人体、座椅、能量吸收结构的数学模型,参照美国航空联邦局航空座椅动态实验标准,基于该模型计算得到了人体所受的腰椎负荷,并与不装备能量吸收结构时的腰椎负荷进行了比较,结果表明应用系列嵌套圆环系统可以有效地对人体进行防护。     

火星尘埃对太阳电池阵的影响与电帘除尘研究

火星表面大量尘埃在太阳电池阵表面的累积将会导致其输出功率下降,甚至使太阳电池阵功能失效。近年来,电帘除尘方法被认为是在火星着陆任务中进行尘埃防护最有效的手段之一。本文开展了火星尘埃累积对三结砷化镓太阳电池性能影响的实验研究,得到了火星尘埃累积量与太阳电池电压、电流和相对输出功率数值模型;通过除尘技术分析,确定电帘除尘装置构型;依据制备得到的除尘电帘,对不同火星尘埃累积下电帘的除尘效率进行了研究,为火星着陆太阳电池阵遥测数据分析和开发自适应除尘太阳电池阵提供有力的技术支持。     

台阶和凹腔在固体燃料超燃冲压发动机内自点火性能对比

数值研究了PMMA在固体燃料超燃冲压发动机燃烧室中的非稳态自点火过程及带台阶或凹腔的燃烧室构型对自点火的影响。数值模型基于求解非定常二维轴对称RANS方程,采用SST k-ε湍流模型,采用有限速率/涡耗散燃烧模型,装药和内流场的耦合传热采用一维导热方程。结果表明,台阶和凹腔火焰稳定器都能实现自点火。带台阶和凹腔的不同燃烧室内自点火过程一致;与采用突扩台阶火焰稳定器相比,凹腔火焰稳定器能够满足更宽的进气条件下的自点火;加入适当长度的凹腔,既可改善点火性能,又可增强总体性能。建议采用凹腔来实现SFSCRJ的自点火。     

基于广义预测的双转动扫描系统同步控制

针对遥感相机扫描系统双转动装置的同步控制要求,提出一种基于广义预测模型的交叉耦合同步控制策略。建立基于广义预测控制的模型,结合交叉耦合同步控制策略,实现双转动装置的控制精度要求。为了使交叉耦合同步算法提供的误差在两个电动机中的分配更加合理,引入分配因子,并进行自适应选择,最终削弱由于系统特性的不匹配及环境的不确定性等因素产生的双转动扫描系统同步误差,使其满足控制精度的要求。通过仿真实验,发现随着预测步数的增大,系统的同步误差减小,控制精度提高,满足同步控制精度的要求,验证了所提出方法的有效性。     

风洞流场马赫数补偿解耦控制研究

风洞流场参数-总压、马赫数之间存在严重的耦合关系。解决二者之间的耦合问题,对提高系统的控制精度、减小调节时间、增强系统的稳定性、鲁棒性,具有重大的现实意义。笔者首先以某风洞流场为研究对象,建立流场参数的逻辑模型,接着从补偿解耦的角度出发,借鉴多变量子空间补偿解耦思想,提出解耦补偿算法和补偿系数整定,建立流场参数补偿解耦模型。最后经过多次仿真实验、分析,进一步验证了该补偿解耦算法的有效性。