重型运载火箭发动机机架与舱段传力结构一体化拓扑优化设计

运载火箭发动机机架与舱段传力结构主要负责将发动机的推力载荷有效传递至箭体壳段,是火箭结构系统中的关键部位。为充分考虑重型运载火箭发动机机架与舱段传力结构之间的耦合影响,寻找合理的传力路径并实现结构高效承载,对其开展了联合最优传力路径分析及结构优化设计。考虑变形、质量、设计空间、制造约束等设计要求,以整体刚度最大化为目标,建立了火箭发动机机架与舱段传力结构的优化模型,开展了一体化优化设计工作;讨论了发动机机架与舱段传力结构间的连接区域参数对整体结构设计的影响,给出了相关设计建议。     

月球软着陆轨道的时间逼近法快速优化设计

提出一种时间逼近法快速求解月球最优软着陆问题。首先,通过解析估算软着陆时间 ,将原问题转化为终端时间固定型最优控制问题。然后,优化该问题,使软着陆条件尽可能 得到满足。在此基础上,根据优化出的终端能量特性对着陆时间进行修正,得到新的终端时 间固定型最优控制问题。重复前述优化和修正,即可逐渐逼近最优软着陆时间。对于终端时 间固定型最优控制问题,将其直接离散化为非线性规划问题,采用拟牛顿法和四阶Admas预 测-校正积分方法快速求解。仿真结果表明此方法优化精度较高,收敛速度快(<1s),稳定性 好(对初值不敏感),可用于机载计算机实时生成软着陆轨道。     

基于自适应小波网络的反舰导弹非线性控制算法研究

提出了一种综合运用动态逆、小波神经网络和滑模控制的非线性控制方法。首先运用动态逆理论对非线性系统进行近似线性化,利用具有在线学习能力的小波网络来抵消系统的误差,根据李雅普洛夫稳定理论导出了网络权值的自适应调整规则,用滑模控制和鲁棒控制分量保证了系统的鲁棒性。将该非线性控制算法用于某型STT导弹的控制系统设计,并采用输出重定义技术解决原系统的非最小相位问题。仿真结果表明,这种方法能有效消除扰动的影响,提高导弹过载控制系统响应的精度。
     

小型SAR卫星用双高特性锂离子电池技术

小型合成孔径雷达(SAR)卫星对储能电池系统提出了轻量化、大功率的要求,现有的SAR卫星用电池难以满足需求,急需开发高能量高功率的锂离子电池。采用兼具容量和功率性能的镍钴铝酸锂(LiNixCoyMnzO2, NCA)作为正极活性材料,高容量中间相炭微球(MCMB)作为负极活性材料,显著提升了电池体系的容量和比能量。通过设计极片的活性物质载量和电解液用量,保证了电池功率性能(≥10 C)的发挥;通过加大电极片面积和极柱尺寸,控制了大倍率放电时电池温升。研制了兼顾高比能和高功率的锂离子电池单体,额定容量20 Ah,1 C放电比能量达到180 Wh.kg^-1,且10 C放电容量相较1 C保持率96.24%,15 C下持续放电比功率超过2 000 W.kg^-1,可以满足下一代轻小型SAR卫星能源供电需求。     

小卫星姿控动量轮陶瓷球混合轴承性能分析与试验

小卫星的技术发展对星上姿控系统的主要部件一动量轮的主要技术指标提出了严格的要求。为了满足动量轮对轴承的使用要求，本研究开发了Si3N4陶瓷球混合轴承。基于滚动轴承分析理论和摩擦学知识，对其接触应力、旋滚比、轴向刚度、润滑、额定静载荷等指标进行了优化设计和分析。结果显示：与原全钢轴承比较，优化后混合轴承消除了原全钢轴承存在的控制类型“阶跃”问题，在精度寿命指标上具有明显的优势。摩擦力矩测量结果及分析表明该轴承的功耗指标优于原全钢轴承。力学模拟、温度循环试验后动量轮电机电流升高小于5％，表明该轴承具有良好的抗振动冲击能力和温度适应能力。在动量轮连续二年的运转试验中，电机的功耗始终较小而且稳定，进一步证明陶瓷球混合轴承具有良好的抗粘着磨损能力。     

预测-校正EKF算法在自主导航中的应用

为提高航天器自主导航系统非线性估计精度,通过分析EKF线性化方法的缺 点,基于数学分析理论研究了非线性函数线性化展开点以及雅可比矩阵取值点不同对线性化 逼近程度的影响,然后对传统EKF算法的线性化展开方式进行了改进,提出了一种基于中值 定理和平滑估计的预测-校正EKF（FR\|EKF）新算法。仿真结果表明,该算法在精度上优于 EKF算法。     

确定编队卫星相对轨道的容错UKF方法

针对相对轨道测量设备出现连续野值引起的滤波误差偏大及发散问题,提出了基于残差正交性检测的容错UKF算法.介绍了非线性滤波在相对轨道自差确定中发展历程和容错UKF的原理、滤波算法和计算流程.根据测量设备出现连续成片野值时残差序列服从以野值为均值的正态分布这一特性,提出了基于残差正交性进行野值检测的思路,通过加权一个以残差方差的迹为参数的活化函数,构造在线修正的uKF容错滤波器,抑制野值对新息序列正交性的影响.在STK软件设定两颗卫星的轨道根数,生成相对运动的位置和速度,通过坐标变换,加入正态分布的误差和连续野值,构造卫星问距离、仰角和方位角测量值.根据C-W相对运动方程和空间几何建立状态方程和测量方程,编制基于残差正交性检测的容错IJKF.滤波器的相对轨道确定程序.通过仿真计算,评估了连续野值对常规UKF和容错uKF轨道确定算法的影响,证实了容错UKF算法可以完成对连续野值的检测及在线修正功能,有较强的鲁棒性和稳定性,可以应用于工程实践.     

航空发动机高原起动成功率提高措施

针对某型航空发动机在高原地区起动成功率偏低的问题,基于发动机起动工作原理,分析了起动失速、转速悬挂、排气温度超温等失败现象,得出失败是由剩余功率减小所致,制定了通过优化调整供油钉使发动机达到最佳油气比的调整方案,并采取增大涡轮起动机输出功率、卸载液压、优化调整供油量等3项措施。同时进行外场试车验证,判读飞参,对比采取措施前、后的起动数据。结果表明:采用调整方案后使发动机高原起动成功率提升30%,保证了发动机的工作性能,满足了用户的使用要求。     

涡轮榫接疲劳寿命评估及验证：研究现状及展望

介绍了涡轮榫接结构疲劳寿命评估技术的研究现状,分别从多场载荷分析、裂纹萌生寿命评估、裂纹扩展模拟和试验技术等方面探讨了现有研究的进展、不足以及发展趋势,重点论述了涡轮榫接结构使用寿命和损伤容限的评估方法。结果表明：现有的分析和试验方法能基本实现涡轮榫接的疲劳寿命评估,但由于各种局限性,工程适用性亟待提高,仍需稳健的载荷降阶分析方法、基于物理机制和数据驱动的寿命评估方法、载荷历程相关的裂纹扩展寿命评估方法和复杂热力环境下的试验技术,从而建立先进航空发动机涡轮榫接结构疲劳寿命评估及验证体系。     

两相湍流的非线性k-ε-kp模型

由两相湍流的代数应力模型，提出一种两相湍流的非线性k-ε-kp模型，可以合理地模拟各向异性较强的旋流，浮力流等两相流动，具备二阶矩模型的优点，又比二阶矩模型简单。文中推导出气相、颗粒相的雷诺应力和两相脉动速度关联的非线性应力应变关系式。这些代数式和两相各自的湍动能k，kp以及两相脉动关联湍动能kpg的方程联立，就构成非线性k-ε-kp模型。本文将该模型用于模拟突扩湍流两相流动，给出两相时均速度场及雷诺应力各分量，并且将模拟结果和PDPA实验数据以及二阶矩模型的模拟结果对照。结果表明，该模型预报各向异性两相湍流的能力和二阶矩模型的能力接近，但是计算量比二阶矩模型的小得多。