飞机大迎角飞行问题研究综述

近距格斗在未来的空战格斗中仍不可避免,大迎角下精准且快速的机头指向能力是空优战斗机必须具备的基本特征,对提升飞机本身的生存能力和夺取制空权具有重要意义。本文根据国内外战斗机的大迎角飞行特点,对大迎角气动特性、风洞试验方法、气动力建模方法、非线性飞行动力学特性分析方法、大迎角控制律设计、飞行试验等方法进行了综合论述,对未来大迎角飞行问题的研究方向进行了展望。     

UltraFlex太阳翼有序展开动力学建模与分析

针对刚柔耦合的圆形薄膜UltraFlex太阳翼结构动力学建模与分析困难、微重力下薄膜运动复杂和展开精度要求高的问题,搭建了UltraFlex展开动力学数值分析模型,分析了扭簧和绳索驱动下UltraFlex的有序展开动力学特性。基于绝对坐标方法建立包含柔性附件和柔性薄膜的UltraFlex动力学模型,采用两步检测算法处理薄膜间的复杂接触碰撞问题,利用扭簧逐步释放扭矩的方法驱动结构有序展开,通过控制绳索释放速率的方法完成移动箱板的转动规划和限位跟踪,提高展开位置精度。将该展开驱动策略运用到NASA实际样机尺寸的UltraFlex分析模型中,仿真结果表明该展开策略能够使得UltraFlex结构高精度、有序、稳定地展开;绳索始终处于张紧状态,最大拉力为62.5N;薄膜展开过程复杂,重复出现张紧、回弹的现象,最终趋于稳定。     

UltraFlex太阳电池阵的结构优化

以提高圆形太阳电池阵的展开过程稳定性和固有频率为优化目标,以UltraFlex太阳电池阵为模型,采用有限元软件SAMCEF对其进行结构优化。以承重梁材料、斜梁开口高度、斜梁位置、梁截面高度及厚度5种结构参数为优化变量,进行了多种工况的展开动力学仿真和模态计算。经分析发现,结构展开后期太阳毯与支撑梁拉扯会导致支撑梁剪切应力激增;梁材料、斜梁位置与支撑梁截面高度对太阳电池阵的展开过程稳定性影响较大;当梁材料为碳纤维,斜梁位置为1100 mm,梁截面高度为20 mm时,展开过程稳定性最好;斜梁位置和承重梁截面厚度对结构固有频率影响较大;当斜梁位置为900 mm或1100 mm、承重梁截面厚度从3 mm增至3.5 mm时,系统固有频率涨幅最大,由此带来的质量增加可以接受。     

航天员虚拟训练中的一维直线运动速度规划算法

研究了身穿航天服的航天员在搬运物体时的运动规律,将搬运物体的过程进行了分类。结合传统的六段加减速算法,对每种情况下的肌肉激活度进行了规划,并采用粒子群算法进行求解。利用Matlab/Simulink搭建了上肢骨骼肌模型,实现了目标物体的速度规划。将动态加速度约束转变为静态肌肉激活度约束,提出了一种在动态加速度约束下基于肌肉激活度规划的速度规划算法。用Matlab对提出的算法进行了验证,证明了算法的可行性。与其他的速度规划算法相比,提出的算法所规划的肌肉激活度更符合人体生物力学,提高了航天员的训练效率。     

考虑动态控制分配的空天飞行器再入姿态复合控制设计

针对空天飞行器再入大气层阶段的直接力/气动力复合控制分配问题,设计了一种基于改进指标函数的动态控制分配律,兼顾了反作用控制系统燃料消耗和闭环控制系统响应速度需求。此外,针对空天飞行器面对称大攻角再入引发的横侧向气动强耦合问题,在预测控制律中引入了通道间交叉耦合反馈项,对姿控过程进行增稳。对比仿真结果表明,动态分配算法在提高了再入姿态控制精度的同时降低了反作用控制系统的燃料消耗;交叉耦合反馈项的引入,缓解了倾侧角指令突变对偏航通道稳定性的干扰影响。     

基于数字孪生的航天电推进器优化设计方法

针对以引力波探测为代表的空间科学任务和以“国网星座计划”为代表的商用卫星网络任务对推进器的特殊需求，本文提出了一种基于数字孪生的推进器优化设计方法。该方法首先建立由机理模型模块和测试数据集模块组成的数字孪生体。机理模型模块依据推进器的物理过程建立模型，对难以测量的数据进行仿真模拟；测试数据集模块通过实验对推进器进行测试，依靠测试数据建立可测参数的数学模型。将数字孪生体与实验进行对比，通过对比结果反馈调节机理模块从而不断提高孪生体的准确性，最终为优化设计提供依据。结果表明：(1)该方法能够构建微波离子推进器的数字孪生体；(2)该数字孪生体的预测结果存在一定差异，通过分析发现该差异与机理模型的精细度以及测试数据集的数据量有关。     

多涵道无人机设计及悬停性能数值仿真

针对无人机空中自主对接和组合飞行任务需求设计了6涵道螺旋桨无人机气动构型。运用数值模拟对该型无人机进行悬停工况气动特性研究，研究不同悬停转速下整机气动性能的变化，并在涵道环括工况下对螺旋桨进行气动优化。研究结果表明：螺旋桨是悬停升力的主要来源，随着转速变化，涵道升力始终占总升力的17%左右；阻力来自机体上表面和电机支架的迎风阻力，支架的阻力达到涵道螺旋桨总升力的10%；随着桨盘载荷提升，无人机功率载荷降低；涵道的存在影响了螺旋桨的滑流特性，造成桨盘平面轴向速度增加，截面翼型迎角变小，工作效率降低，经过合理调整其扭转角分布螺旋桨效率得到提升，拉力提高3.3%，效率提高2.9%。     

一种用于信号传输的新型非接触耦合装置

针对非接触通信系统中的传统耦合装置所用铁磁材料存在感量宽温易变性、大量级振动应用和旋转端面安装受限性等问题，设计一种新型耦合装置，采用了印制铜线组或是多组导线绕制成型螺旋盘状的方式替代传统铁磁材料形成通信介质，从而实现了原、副边间的高质量通信，保证了其工程实用性。结合实例安装和多温度试验验证，该装置展示了安装方式灵活和宽温适应性强等特点。     

QC185燃气轮机低压压气机设计

介绍了QC185燃气轮机低压压气机设计方案的特点。通过利用三维修正二维的多级轴流式叶轮机械的“预测性设计”的工程计算方法,实现了QC185燃气轮机3级低压压气机的气动改装设计;计算与试验结果的对比表明,改装设计的3级低压压气机各项性能达到或超过了设计指标。