An alternative Shell inversion technique - Analysis and validation based on COSMIC and ionosonde data

Multi-channel Global Positioning System (GPS) carrier phase signals, received by the six low Earth orbiting (LEO) satellites from the Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate (COSMIC) program, were used to undertake active limb sounding of the Earth’s atmosphere and ionosphere via radio occultation. In the ionospheric radio occultation (IRO) data processing, the standard Shell inversion technique (SIT), transformed from the traditional Abel inversion technique (AIT), is widely used, and can retrieve good electron density profiles. In this paper, an alternative SIT method is proposed. The comparison between different inversion techniques will be discussed, taking advantage of the availability of COSMIC datasets. Moreover, the occultation results obtained from the SIT and alternative SIT at 500 km and 800 km, are compared with ionosonde measurements. The electron densities from the alternative SIT show excellent consistency to those from the SIT, with strong correlations over 0.996 and 0.999 at altitudes of 500 km and 800 km, respectively, and the peak electron densities (N_mF₂) from the alternative SIT are equivalent to the SIT, with 0.839 vs. 0.844, and 0.907 vs. 0.909 correlation coefficients when comparing to those by the ionosondes. These results show that: (1) the N_mF₂ and h_mF₂ retrieved from the SIT and alternative SIT are highly consistent, and in a good agreement with those measured by ionosondes, (2) no matter which inversion technique is used, the occultation results at the higher orbits (∼800 km) are better than those at the lower orbits (∼500 km).     

固体火箭冲压发动机补燃室硅基绝热层烧蚀模型

为了评估固冲发动机硅基绝热层的烧蚀性能,对硅基绝热层的烧蚀形成机制进行了分析并建立了数值模型。硅基绝热层烧蚀由气动冲蚀,化学烧蚀,颗粒剥蚀三个部分构成。数值结果表明,硅基绝热层失效的主要原因是气动冲蚀,化学烧蚀与颗粒剥蚀影响较小。理论计算同试验获得的烧蚀形态基本吻合,冲压发动机严重烧蚀部位在进气道两侧的下游区域。从结构设计上看,冲压发动机防隔热设计的重点应是降低冲压发动机气流冲蚀影响。     

面向控制的燃油调节器动态特性研究

作为吸气式发动机燃油控制系统的被控对象,燃油调节器的动态特性对调节器自身的性能优化和控制系统设计均至关重要。基于燃油调节器的工作原理,采用集中参数法建立了燃油调节器的非线性模型,对其进行小偏差线性化得到其状态空间模型,计算获得其传递函数,并详细分析了燃油调节器的动态特性影响因素,为燃油调节器性能优化提供参考。通过模型降价简化传递函数模型获得其一阶模型,分析表明一阶模型和原模型的频域特性符合的很好,低阶模型能够表示燃油调节器的动态特性,为燃油控制系统设计和控制参数优化奠定了基础。     

一种空间邻近目标红外多传感器立体分辨方法

空间邻近目标在红外像平面的成像因相互交叠而形成簇状像斑,对红外传感器的信号处理提出了分辨的要求。为实现对空间邻近目标的立体跟踪定位,提出基于量子粒子群优化的空间邻近目标红外多传感器立体分辨方法。在对目标像平面成像建模基础上,构建基于最小二乘准则的空间邻近目标立体分辨目标函数,针对目标函数的高维非线性特点,以QP-SO解决目标函数优化问题,估计目标空间位置。仿真结果表明:相比于传统的先单传感器像平面分辨后多传感器视线交叉定位方法,此法具有更优的目标位置估计精度、辐射强度估计精度和目标个数估计正确率。     

基于纹理的活动轮廓三维图像分割研究

对具高噪声和低对比度三维图像的识别和分割算法进行了研究。基于活动轮廓模型,用Gabor变换提取图像的纹理特征,根据统计学信息假设,通过偏微分方程水平集和窄带方法求解,获得较基本活动轮廓的算法分割更光滑精确的物体轮廓。实验结果表明:改进模型算法的效率和准确度达到预期效果。     

机身上壁板复合材料蒙皮数字化成型工艺

为解决树脂基复合材料复杂结构件工艺难以实现问题,采用三维工艺模型设计、铺层工艺仿真、铺层样片排版与数控下料、激光投影铺层定位等数字化技术,不但从根本上改变了传统的复合材料构件生产方式,解决了工艺技术难题,而且在缩短研制周期、提高产品质量,降低研制成本等方面都取得了显著的应用效果。     

旋翼跨音速非定常黏性绕流的高效CFD模拟方法

为提高旋翼跨音速黏性绕流CFD模拟的效率,建立了一套基于隐式LU-SGS算法和OpenMP并行策略的旋翼非定常流场高效数值求解方法。首先,基于二维剖面翼型的Poisson方程求解和网格插值、翻折方法生成绕桨叶的O-C-O型贴体正交网格,并采用高效的"扰动衍射"(Disturbance diffraction method,DDM)挖洞方法、并行化″Inverse map″(IM)的贡献单元搜索方法,构建了旋翼运动嵌套网格系统。在此基础上,以耦合S-A湍流模型的非定常RANS方程为主控方程,对流通量采用高精度的Roe-MUSCL格式进行离散,时间推进采用隐式LU-SGS双时间方法,同时采用OpenMP并行策略加速旋翼流场求解。最后,运用所建立的方法分别对悬停ONERA 7A旋翼、前飞Caradonna-Tung(C-T)旋翼无升力状态及SA349/2旋翼有升力状态的气动特性及涡尾迹特征进行了模拟,通过与试验值对比验证了文中方法在旋翼非定常流场CFD模拟中的有效性和高效性。     

基于三维CFD的RBCC发动机建模方法

RBCC发动机可多模态工作,能适应宽广的飞行包线,因而其火箭尾流剪切作用变化强烈、流道截面变化大,喷油规律复杂,给发动机建模与控制研究带来困难。针对RBCC发动机的地面直连实验构型,采用三维CFD计算分析RBCC流场特点,研究发动机状态变量特征,并基于CFD计算结合拟合法的建模思路,建立了RBCC状态空间模型,模型的计算结果与三维CFD的计算结果有较好的吻合度,均方差满足要求。研究表明,在一定范围内增加计算特征数据点个数,可提高建模精度,但当计算特征数据点的个数超过20时,继续增加点的个数对精度的提高非常有限。     

穿刺结构参数对C/C复合材料拉伸性能的影响

采用不同间距、不同根数的纤维束穿刺成型炭纤维预制体,经进一步化学气相沉积、沥青浸渍-高压炭化致密制备穿刺C/C复合材料。拉伸性能测试结果表明,穿刺间距2.1mm、穿刺束纤维根数为12K的C/C复合材料获得高的拉伸强度,Z向拉伸强度131.4MPa,XY向拉伸强度111.3MPa;随着穿刺间距减小、穿刺丝束纤维根数增加,Z向纤维含量增加,Z向拉伸强度明显提高。穿刺C/C复合材料1800℃真空条件下的拉伸强度与室温相当,拉伸模量低于室温,延伸率高于室温;常温拉伸断口较平整,且纤维/基体间的裂纹明显,而高温拉伸断口参差不齐,纤维及基体断面粗糙,呈现出假塑性断裂特征。     

一种共轴双旋翼式火星飞行器设计及其试验验证

针对火星飞行器探测需求,提出了一种共轴双旋翼式火星飞行器,基于计算流体力学方法优选了桨叶翼型、平面形状和扭转角等结构参数,基于叶素动量理论建立了旋翼气动力学模型,利用数值模拟方法选择了旋翼转速、旋翼间距和桨叶安装角等飞行参数,设计了原理样机"火星飞鸟-I"的结构与控制系统。构建了火星大气环境模拟器和重力补偿与运动约束装置,开展了模拟火星环境下旋翼式飞行器地面飞行试验,验证了共轴双旋翼式火星飞行器的推进性能,展望了旋翼式火星飞行器技术的发展方向。研究成果对我国开展的火星探测工程具有重要借鉴价值。