数字孪生及其在航空航天中的应用

数字孪生已引起国内外的广泛重视,可看作是连接物理世界和数字世界的纽带。其通过建立物理系统的数字模型、实时监测系统状态并驱动模型动态更新实现系统行为更准确的描述与预报,从而在线优化决策与反馈控制。本文分析表明数字孪生体相比一般的模拟模型,具有集中性、动态性和完整性的突出特点。数字孪生的发展需要复杂系统建模、传感与监测、大数据、动态数据驱动分析与决策和数字孪生软件平台技术的支撑。在航空航天领域,数字孪生可应用于飞行器的设计研发、制造装配和运行维护。重点讨论了应用机身数字孪生进行寿命预测与维护决策的案例,相比于周期性维护,具有检修次数更少、维护成本更低的优势。最后,给出了数字孪生在空间站、可重复使用飞船的地面伴飞系统中的初步应用框架。     

基于多传感器信息融合的物体位姿检测方法

 提出了利用摄像机和超声传感器信息融合对机器人操作对象进行位姿检测的方法。该方法通过单幅图像获取目标点在图像中的理想坐标,求得投影矢量的方向,然后通过机器人末端的运动,导引超声传感器坐标原点与未移动前摄像机坐标系的原点重合,而其Z轴方向与求得的投影矢量方向相同,再由超声传感器测出投影矢量的长度,从而确定目标点在摄像机坐标系中的坐标,并可进一步转换到机器人基坐标系中。通过测量操作物体上两点的空间坐标,就能够确定物体空间姿态。该方法简单易行,计算量小,精度较高。     

液体发动机涡轮泵端面密封长期贮存变形研究

为分析长期贮存条件下液体火箭发动机涡轮泵端面密封变形问题,采用有限元分析软件对其静环组件过盈配合过程中的变形及长期贮存中的蠕变进行了分析计算,考虑静环座与石墨环间摩擦不均匀及二者为椭圆等因素对变形的影响,估算得到最大变形量引起的介质泄漏率。研究表明:长期贮存条件下,石墨环端面沿圆周方向会出现马鞍形变形,径向为内高外低,石墨环变形会引起较大的介质泄漏率,长期贮存条件下的石墨环变形会对液体发动机安全使用构成隐患。     

基于Youla参数化的PI制导律

以控制器的 Ｙｏｕｌａ 参数化分解为基础， 得到了一个能使不确定的目标机动加速度得到最大限度抑制的比例积分型制导律。仿真结果表明： 它比比例导引律能使制导系统在攻击机动目标， 特别是大机动目标时， 达到更小的脱靶距离。     

案例调整技术在固体火箭发动机总体设计中的应用

以提高固体火箭发动机(SRM)总体设计中设计经验和设计知识的重用为目的,将基于知识工程的设计方法应用于SRM总体设计。研究了SRM总体设计案例表示方式,提出了两级层次结构的案例调整模式,并针对SRM系统特点建立了SRM总体设计的因果过程模型。在此基础上,提出了SRM总体设计的案例调整框架。最后,应用该调整技术实现了具体设计实例,通过与传统总体设计比较,设计结果一致性好,证明了该技术的有效性。     

重复使用飞行器金属热防护系统的有限元分析与设计

金属基热防护系统具有轻质、耐用、可操作性、成本高效等特点,是实现降低重复使用飞行器费用的一个关键技术。通过比较分析超耐热合金防热板和改进型防热板,给出了金属热防护系统的各个部分的设计准则。建立了蜂窝夹芯板和纤维隔热毡的有效热导率的数值预报模型,算例研究表明本文给出的数值预报方法正确。使用二维热分析模型和三维承载分析模型,实现了传热和承载分析的迭代计算,算例表明迭代方法有效、可行,可用于可重复使用飞行器金属热防护系统的分析与评价。     

民机PHM预测维修模式在空调系统的应用

针对故障预测与健康管理（Prognostic and health management, PHM）技术在民机维修工程中的应用问题,探讨了基于PHM的预测维修模式设计,提出了考虑PHM的初始维修任务分析流程以及基于PHM的预测维修模式实施方法。以B737NG空调系统为例开展验证研究,建立了基于数据驱动的空调系统PHM模型,设计了空调系统PHM维修模式,并基于历史运行数据开展了计划维修模式与预测维修模式下维修成本对比分析。研究结果表明：基于PHM的维修模式不仅可以取消部分定期检查工作,还可以通过提前监测减少非计划的维修事件,进而降低民机系统全寿命周期维修成本。成本效益分析表明：相比传统计划维修,PHM维修可降低40%以上的成本,进一步推广应用到整机其他系统将带来更大的经济效益和安全效益。     

固体火箭发动机虚拟样机集成设计环境

为支持固体火箭发动机基于虚拟样机的设计技术,提出了固体火箭发动机虚拟样机集成设计环境软件架构。介绍了支持固体火箭发动机虚拟样机的集成设计环境(SRM IDE),该环境集成了发动机设计常用软件和商用软件,以项目管理为中心,采用分布式体系结构,支持分布在异地的设计人员协同构建发动机虚拟原型和协同仿真,以及发动机设计过程中文档、数据、流程、产品结构及资源等的管理。     

2016年 全球航天运载器发展回顾

2016年,世界航天活动异彩纷呈,私营航天企业蓬勃发展.全球共执行85次航天发射,共将209个航天器送入轨道.新型航天运载器的研制和发射场的建设如期实施,以火箭一子级垂直起降为代表的重复使用技术取得突破性进展.