航天器系统工程技术发展思路

系统工程技术水平是航天器系统研制和创新能力的重要体现。对我国航天器系统工程技术发展问题进行了思考。首先对比分析了国内外航天器系统工程技术发展差距,阐述了国内面临的空间任务形势及系统工程技术发展要求;然后,研究构建了以系统工程过程和活动为核心,并包含任务能力支撑要素、发展基础要素和发展保障要素的航天器系统工程技术体系框架;随后,提出了航天器系统工程技术发展目标,并从专业技术发展、经验继承、活动过程研究、工具方法完善、标准规范开发和发展机制健全等方面梳理了航天器系统工程技术建设内容;此外,还探讨了航天器系统工程技术发展的实施途径。     

卫星编队飞行精确动力学模型与三维定位系统

提出采用精确动力学模型应用多颗编队飞行小卫星实现三维定位系统（电子侦察卫星）。为此,首先应用运动学和动力学两种方法建立精确动力学模型和摄动方程,然后进行数学仿真和队形变化的分析,最后讨论位置保持控制策略。仿真结果表明：编队飞行三维定位系统定位精度高,不受纬度影响,而且可以实现全球同时定位功能。
     

跨声速风洞斜孔壁非线性流动试验

为分析跨声速风洞斜孔壁近壁区域的流动特性,评估气流偏角-压力系数的非线性关联,在0.6 m跨超声速风洞中开展了基于七孔探针的流动特性测量试验。通过气流偏角和压力系数分布分析了斜孔壁流动的差阻特性,以及马赫数、模型升力对斜孔壁流动的影响,最后基于试验结果发展了计算斜孔壁特性参数的微分法,并与经验方法结果进行对比。结果表明,斜孔壁流动呈现出明显的差阻性和非线性,在负压差范围内,近壁流动仍以出流为主;高亚声速时,空风洞模型区孔壁流动特性趋于实壁;安装模型后,随着升力的增大,升力面对应的孔壁区域流动向入流发展,孔壁流动特性趋于开口边界。     

液体火箭发动机协同设计平台关键技术

针对液体火箭发动机协同设计工程实际需求,围绕研制数据高效流转与协同,面向产品全生命周期跨地域、跨专业特点,提出了协同设计平台框架。针对协同平台中的5项关键技术,给出了相应解决途径。基于PLM系统构建协同环境,建立统一编码,整合研制过程中的标准件、原材料等共性基础数据;通过基于MBD的三维结构设计,采用MBSE理念,以模型为载体升级发动机设计流程;采用线上IPT模式提升产品设计效率,同时实现全过程数据记录知识累积。采用BOM结构组织和展示不同设计阶段形成的数据;基于Hadoop平台分布式数据存储模式,实现结构化和非结构化数据综合管理。通过工程实践验证表明,构建的协同平台实现了基于数字化模型的设计工艺定制化协同,科研生产全过程的信息整合和多维度监控,促进了业务流程持续优化和研制效率不断提升,支撑发动机研制模式的转型升级。     

三维旋转部件复杂表面结冰数值模拟

为模拟旋转部件复杂表面的结冰过程,开展旋转空气流场,水滴撞击,以及水膜流动结冰热力学模型研究。采用旋转坐标系进行处理,将惯性系下的周期转动边界转换为定常流动边界,求解其N-S方程,获得旋转空气流场。在此基础上,将科里奥利加速度及离心加速度引人水滴流动的控制方程,利用欧拉方法建立水滴运动撞击旋转壁面的撞击特性模型。最后,在旋转坐标系下对表面水膜的受力运动情况进行分析,建立了考虑离心力与科里奥利力影响的三维旋转表面水膜流动结冰热力学模型。以旋转圆柱为对象,进行了仿真计算,结果表明,所建立的模型对旋转部件的水滴撞击与结冰模拟是可行的,且随旋转速度的增加,水滴撞击与结冰区域的偏移更加显著。     

针栓式推力室冷却特性试验研究

针栓式发动机具有推力调节简单、声学燃烧稳定性好和成本低廉等一系列优点,但目前对针栓式推力室的冷却特性掌握还不够深入,研制过程中曾多次出现因推力室冷却组织不好而烧蚀的问题。采用针栓式推力室试验件,对身部的冷却特性进行了深入研究,结果表明:推力室圆柱段前端的温度较低,无需采用专门的冷却措施;末端内侧气壁温度会达到约1650℃,局部存在明显的烧蚀现象,必须采取有效的热防护措施;下游冷却液膜量的变化对圆柱段的冷却特性影响较小。     

MPPT不调节母线电源系统稳定性分析

提出了一种MPPT不调节母线电源系统拓扑结构,介绍了其控制策略。分别建立了两域控制模式下太阳电池阵源端与负载端稳态分析的等效电路模型,基于小信号等效分析及状态空间方程特征根求解方法,对系统稳定性进行分析,归纳了提高此类电源系统稳定性设计的方法,此研究结果可为MPPT控制技术在未来空间电源系统中应用提供设计参考。     

含有不平衡飞轮的卫星精确动力学模型研究

针对含不平衡飞轮的卫星动力学模型,给出了不平衡飞轮的转动惯量矩阵。用多刚体建模方法,建立了综合的完整姿态动力学分析模型,提出了质心位置的计算方法。通过飞轮系统的完整精确模型,将飞轮扰动对三轴姿态稳定卫星的影响反映至滚转一俯仰一偏航三轴姿态。Matlab／Simulink环境中仿真验证了该系统角动量为常值。分析了不平衡飞轮对卫星姿态的影响,并解释了模型的应用。研究表明飞轮扰动影响不可忽略,精确的动力学模型对未来航天器的应用有重要意义。     

天问一号探测器高动态着陆惯导系统设计与试验

考虑到火星探测任务着陆过程动态变化大,稀薄大气环境下开伞会对探测器产生剧烈晃动,为此天问一号探测器研制了一套高动态着陆惯导系统,从硬件产品、使用时序到导航算法方面均进行了针对性设计,以适应着陆过程中的高动态环境.此外,为验证天问一号探测器高动态着陆惯导系统的性能,设计了模拟火星开伞工况的火箭弹高空开伞试验,结果表明该高...