航天器控制系统高可信度地面测试技术

随着航天器复杂程度和指标要求的不断提高,高可信系统级地面测试越来越凸显其重要性.以工程应用为出发点,对航天器控制系统高可信地面测试涉及的相关理论和技术进行探讨.提出了测试可信度的定义,并以航天控制工程为背景分析了测试可信度的影响因素.在此基础上,系统介绍了柔性化原型测试、航天器控制系统指标专项测试、高可信动力学建模、高可信信号源技术等方面的初步研究成果.     

舰载机变长度减振牵制装置动力学分析

舰载机弹射起飞过程中,由于牵制载荷突卸而产生的前起落架沿航向的快速振动对机体结构和设备都会带来严重的疲劳问题。本文建立了舰载机弹射起飞动力学模型,设计了具有减振功能的舰载机弹射起飞变长度牵制装置,分析了该装置的动力学特性,并对该装置的减振效果进行了参数分析。研究结果表明:牵制载荷沿下扭力臂轴向的载荷分量所造成的缓冲器活塞杆的向后弯曲是导致牵制载荷突卸后前起落架振动的主要原因;变长度减振牵制装置通过实时改变牵制杆长度和牵制角,可大幅降低牵制载荷突卸后前起落架振动以及各铰接点振荡载荷,该装置在解决牵制载荷突卸振动问题中效果明显。     

带宽弦叶片的盘片耦合振动特性研究

为确定盘片系统将发生的耦合共振,建立了带宽弦叶片的盘片耦合系统的基本重复扇区的有限元模型,并采用波传播技术对耦合系统进行了振动特性的计算分析.指出了宽弦叶片在振动中表现出的特有振型,以及随转速的变化规律.分析了盘片耦合后的振动特性,以及叶片各阶振动频率随节径数变化的规律.      

粒子运动轨迹的图像处理及流场重构算法研究

为了高效获得颗粒的速度分布,提出一种针对单帧单曝光图像的图像处理方法和流场重构方法。图像处理过程包含去噪、锐化、自适应阈值分割、闭运算、去除小颗粒、骨架提取、速度提取、二义性判断、求切线等步骤和方法,对该处理过程的主要误差也进行了分析与修正。流场重构使用了基于RBF（Radial Basis Function）插值且采用迎风插值进行优化的算法,插值结果以速度云图及矢量图的形式展示,对该过程的主要误差也进行了分析与验证。最后的处理结果显示,针对单帧单曝光图像的图像处理方法和流场重构方法具有可行性。

     

低雷诺数下轴流压气机转子3维流动特性数值模拟

为了探究轴流压气机转子在低雷诺数下的性能及3维流动特性,对跨声速转子压气机Rotor37在地面和高空下的气动性能和内部流场进行了数值模拟。结果表明：在20 km高空下,压气机在近失速点的总压比和绝热效率分别降低了8.0%和5.3%,喘振裕度降低了3.1%;在低雷诺数下,转子吸力面上的流动分离位置会提前掺混且更剧烈,导致分离附面层增加,同时由于吸力面附面层较厚,激波与边界层的作用加强,减小叶表附面层内低能流体向上运动的压力分量,低能流体在离心力的作用下更容易向叶顶附近迁移,这可能是触发转子工作失稳的重要因素;在低雷诺数下,叶片根部吸力面在84%轴向弦长处发生完全分离并形成角涡,在其向叶顶移动的过程中形成脱落涡,角涡和脱落涡面积明显增加,这是引起转子低雷诺数工作效率降低的重要原因之一。     

比例式变推力固体姿控发动机非稳态特性研究

为了研究比例式变推力固体姿控发动机的内流场非稳态特性,建立了比例针栓推力器的二维轴对称计算模型,基于动网格技术模拟入口压强随喉部面积变化而变化的推力器工作模式,得到了内流场各性能参数的变化规律。结果表明:在非稳态工作过程中,内流场会出现典型的亚音速回流区、斜激波和流动分离等特征,入口压强、针栓壁面及喷管壁面压强均随针栓靠近喉部而增大,推力器推力逐渐上升,实现了推力连续调节。开关频率会加剧针栓前进过程中头部压强波动。针栓头部收敛角越大,其头部回流区越小。当喉部面积一定时,燃速压强指数越高,发动机压强与推力变化范围越大,为实现预设的推力调节范围,需要选择合适的燃速压强指数。     

迎角变化引起的高超声速进气道起动迟滞现象试验研究

高超声速进气道在起动过程中存在迟滞现象,起动迟滞对发动机的工作范围有重要影响。以一种Bump/前体一体化进气道为研究对象,通过试验和数值仿真结合的方法,研究迎角变化引起的进气道起动迟滞现象。试验在国防科技大学LF-220自由射流风洞中进行,来流条件Ma=5.0,采用蓄热式加热器对上游气流进行加热,稳定段总压1.59MPa,试验段静温91.67K。试验模型由底座、进气道前体前锥、进气道前体后锥和唇罩4部分组成,模型总长度285mm。采用PSI压力传感器对模型壁面压力进行测量,采样频率为100Hz。试验成功捕捉到进气道随迎角变化由不起动转化为起动的动态过程。研究表明,高超声速进气道随迎角变化存在明显的迟滞现象。试验获得进气道自起动迎角为-1.3°,而进气道自不起动迎角大于10°。在进气道自起动/自不起动过程的研究中发现,随着进气道流动状态的不同,迎角和大尺度分离区交替主导流量变化。

     

端部状态对斜置圆柱气动力分布的影响

在有限长度圆柱气动力测试风洞试验中,端部状态的变化对气动力有很大影响。在雷诺数为6.43×10⁴时,通过刚性模型风洞测压试验对3种端部状态下的斜置圆柱气动力特性进行研究,基于平均风压系数沿斜置圆柱的轴向和周向分布规律,分析端部状态对斜置圆柱气动力测试结果的影响。结果表明：斜置圆柱表面风压沿轴向可分为近上游端部区、中间区和近下游端部区;由于马蹄涡的存在,在近上游端部区的背风面,风压沿轴向有一个突变,端部状态对马蹄涡强度有很大影响;在中间区,背风面风压沿轴向出现交替变化,可能是由于在近上游端部区形成的旋涡受到轴向流作用向中间区流动导致的,端部状态对交替风压变化的幅度和阻力系数有很大影响;当下游端部封闭时,近下游端部区的迎风面和背风面风压都会出现突变,且迎风面的突变幅度更大,下游端板对近下游端部区迎风面的风压分布影响更大。

     

基于特征线理论的旋转爆震流场结构特征研究

特征线理论及其计算方法是气体动力学的经典理论与方法,应用于旋转爆震流场分析具有简单高效的特点。将坐标系建立在爆震波上,对旋转爆震流场进行简化,采用特征线理论并结合流场计算单元过程,建立旋转爆震流场计算模型。研究了当量比和喷注参数对氢气/空气、甲烷/空气以及辛烷/空气3种不同预混气的旋转爆震流场结构特征的影响。结果表明：爆震波高度和倾斜角度受混气当量比和喷注总温影响明显;燃料由小分子氢燃料变为大分子碳氢燃料时,爆震波高度和倾斜角度逐渐减小;混气当量比和喷注总温主要通过影响爆震波传播速度、高度和倾斜角度而影响爆震波后宏观流场特征趋势。

     

一种连续式跨声速风洞总压控制方法设计

总压是连续式跨声速风洞关键流场参数,高总压控制精度能提高试验数据的准确性,加快调节速度对缩短马赫数极曲线时间具有重要意义。针对连续式跨声速风洞试验工况多、调节手段多等特点,对连续式跨声速风洞压力调节系统及多种流场调节手段下的压力耦合特性进行分析研究,建立了连续式跨声速风洞总压控制精度和调节阀特性的对应关系,并以此设计出不同工况的阀门组合控制策略,采用分段变参数加模糊PID控制算法实现总压的闭环控制。风洞试验结果表明：在保证每条马赫数极曲线时间的同时,总压控制精度达到0.1%,控制方法能够有效满足连续式跨声速风洞总压控制要求。