预燃室三维湍流和燃烧过程的数值模拟(Ⅱ)数值模拟结果及分析

用三维湍流N－S方程和单步快速不可逆化学反应描述液氧－煤油液体火箭发动机预燃室内的三维湍流和燃烧过程。采用同位网格和SIMPLE算法求解控制方程，得到了喷注单元和预燃室内参数的详细分布。结果表明，预燃室结构设计合理，其出口处燃气浓度、温度分布均匀，质量加权平均温度与实际温度拉近，同时表明，预燃室头部的喷注单元和液氧二次喷注孔的结构排列，喷注单元的流动和燃烧状况，液氧二次喷注孔的入口参数等，对预燃室出口燃气温度等参数分布的均匀性影响很大。     

叶轮机转子内流动的三维跨声Navier-Stokes方程组数值计算

应用有限体积法及Baldwin-Lomax代数紊流模型求解叶轮机转子内流动的三维可压缩非定常薄层Navier-Stokes方程组,计算一个绕X轴等转速旋转的转子内流场问题,用当地时间步长方法来加速收敛。采用隐式算法对对流通量进行求解,而扩散通量采用显式算法。采用高阶TVD下的Roe格式计算对流通量,采用中心差分格式计算扩散通量。关于守恒变量Q的非线性方程组,采用牛顿迭代方法求解,线化后的方程用对称的Gauss-Seidle方法求其渐近解。应用该算法模拟了转子NASARotor67流场,与试验做了大量的对比研究,包括性能、等马赫线以及总压和总温等等。在最高效率点附近计算与试验比较接近,但在靠近失速点时计算与试验略有差别。      

高固含量改性双基推进剂的热危险性研究

为研究具有高固含量(黑索金RDX质量分数为48.5%)改性双基推进剂的热危险性,采用热重分析仪TG、差示扫描量热仪DSC以及加速量热仪ARC,对比分析了双基推进剂S0,改性双基推进剂GHT-1A和单质炸药RDX的热分解特性,并从两个方面评估了GHT-1A的热危险性。TG/DSC实验结果显示GHT-1A中双基组分的分解峰温高于S0的分解峰温,而其炸药组分的分解峰温与单质炸药RDX接近。ARC的实验结果显示GHT-1A在理想绝热条件下的起始分解温度为138.9℃,绝热温升为1415.3℃,达到最大温升速率所需时间为13.8min,单位质量产生气体最大压力为13.1MPa·g-1。研究结果表明,GHT-1A发生热爆炸的可能性略低于双基推进剂S0,而高于单质炸药RDX,爆炸破坏性则较强。     

基于序列图像的航天器自主导航降维滤波方法

非合作目标的运动感知与状态估计,是太空领域技术发展的重要组成部分。非合作目标相对状态的精确估计是相对导航的难点问题。传统的非合作目标扩展卡尔曼滤波算法需要结合非合作目标的质心位置,增加了状态变量的维数,提高了系统不确定性,从而会影响状态扩展卡尔曼滤波的收敛速度。提出了一种基于序列图像的非合作目标相对导航方法,该方法在不对质心进行估计的情况下首先对非合作目标姿态进行估计,在完成非合作目标姿态估计后再对其质心进行估计。本文推导了光学相机测量值与目标真实姿态的关系,构建了基于序列图像的测量模型,分别建立了不含有非合作目标质心位置的状态方程和基于非合作目标位置、速度矢量的状态方程,设计了适用于非合作目标状态估计的扩展卡尔曼滤波算法。仿真实验表明该方法可在10 Hz采样频率下经过50次采样（即5 s）内快速收敛,从而有利于空间飞行器的在轨服务与维护。     

加工装配误差影响下偏转射流压力伺服阀静态特性分析

电液压力伺服阀是电液压力伺服控制系统的核心控制元件,广泛应用于航空、航天、军事等领域。区别于流量伺服阀,压力伺服阀在滑阀放大器的设计上多采用带有压力控制容腔的三通阀结构,不同的滑阀结构使得现有的偏转射流流量伺服阀仿真模型难以满足压力伺服阀性能预测的需求。本文基于AMESim平台建立了偏转射流压力伺服阀的仿真模型,并通过实验对仿真模型进行了验证,验证结果表明仿真模型能够准确地描述压力伺服阀的静态特性。最后,通过仿真模型分析了加工装配误差影响下压力伺服阀输出性能差异,仿真结果可为偏转射流压力伺服阀的性能预测和结构设计提供参考。     

一种仿蝗虫腿空间缓冲吸附机构缓冲参数研究

针对空间机器人在太空高速工况下,难以平稳地着陆且黏附在目标航天器表面的问题,提出了一种仿蝗虫腿非合作空间缓冲吸附机构。为了得到机构最优的缓冲参数,使得其与目标航天器碰撞时不发生回弹且减小碰撞力以保护自身,提出了空间缓冲吸附机构碰撞缓冲的动力学模型,该模型研究方法基于连续碰撞力方程。通过对空间缓冲吸附机构的腿部胫节、股节以及整机的受力分析,求得其不同受力工况下的动力学方程。采用线性弹簧阻尼结构等效空间缓冲吸附机构碰撞缓冲过程,建立空间缓冲吸附机构碰撞动力学模型,并结合实际碰撞缓冲参数设计出空间缓冲吸附机构碰撞过程的刚度系数和阻尼系数。最后利用动力学仿真进行校验,结果表明用此方法,机构所受碰撞力大幅减小且不发生回弹,证明了方法的合理性。     

航空发动机强度设计系统建设与应用

结构强度设计是航空发动机设计、研制过程的重要组成部分。为了建立适用于航空发动机强度设计的体系平台,提升设计能力,依据航空发动机设计体系建设要求,结合航空发动机强度设计专业工作实际,提出“流程驱动、要素集成”的平台建设思想,并以流程模板的形式驱动工作任务的实施,实现强度设计系统的工程化应用。在系统建设过程中有效运用系统工程以及精细化工程等先进的方法,围绕“适用、好用、真用”的指导思想开展强度设计系统的建设与优化,搭建适合于强度设计专业的设计系统,重点解决工作流程、设计资源、工作任务、数据管理与型号及预研等实际工作相结合的问题,并将此系统应用于型号研制的强度设计工作中。     

自适应时间平滑的演化谱聚类

传统的聚类算法一般只适用于静态数据的处理,而真实世界的数据往往数据量大且变化多,静态的聚类算法不能为动态数据提供其演化规律的分析学习。演化数据的聚类,一方面要正确反映每一时刻数据的合理簇划分,另一方面又要使动态的聚类结果在演化过程中尽可能平滑。本文提出了一种自适应时间平滑的演化聚类框架,该模型考虑到当前时刻数据与历史时刻数据的未知关联,通过限定时间回溯的范围,自适应地寻找与当前快照最相关的历史快照,并通过有机融合基于Itakura-Saito距离的静态相似度和基于时间序列的动态相似度,计算各个时间片快照上的相似度矩阵。本文进一步提出了两种自适应时间平滑的演化谱聚类算法,从不同的角度定义时间代价,得到不同的演化聚类结果。在真实数据集上的实验表明这两种算法能够有效地利用历史数据,在聚类结果上准确性更高,时间平滑性也更好。     

离合器棘爪断裂故障分析

为探究某发动机棘轮离合器起动过程中棘爪断裂的原因,考虑了冲击载荷的动载荷系数影响,开展了棘爪受力分析、有限元仿真分析,以及棘爪静力试验和抗冲击试验等研究工作,获得了棘爪在静载荷和冲击载荷作用下的破坏模式和破坏载荷,确定了棘爪的强度储备。同时,在实测电机起动过程中发现了电流和扭矩变化规律：电流出现非常明显的突降和突升现象,电流从突降到突升的过程非常短暂,棘轮与棘爪瞬间高速碰撞,是起动过程中产生较大冲击载荷的根源。综合分析结果表明：起动电机在起动过程中因电流突降突升产生的较大冲击载荷超过了棘爪的实际承载能力,从而导致了棘爪的瞬时过载断裂。     

无人直升机陀螺减振的仿真与分析

简述了陀螺减振结构与原理,通过采用有限元方法对无人直升机陀螺减振结构的减振效果进行了仿真研究,经分析陀螺减振结构的悬臂尺寸是影响减振性能的重要因素,为后续机械结构振动研究提供了一种有效的分析方法。