月球软着陆动力下降制导控制技术综述与展望

未来的月球着陆任务将着力于开发月球资源、建立月球基地,这些都离不开月球软着陆技术的支持;而要实现探测器在预选点安全精确地着陆,就离不开动力下降制导控制技术的支持。本文系统地总结了两种成功的月球软着陆及其制导方式,对已有的制导控制方案及其研究进展进行了详细的阐述和对比分析。以未来的月球采样返回和月球基地任务为潜在工程目标,对下一代的月球软着陆动力下降的制导控制及其所涉及的关键科学技术问题进行了比较全面的分析和展望。     

跨介质运动物体的附加质量

跨介质运动物体具备能够适应多种流体介质环境的突出优势,但由于受自由面及流体影响,力学环境复杂,其运动特性难以预测。附加质量法是工程上解决物体与流体耦合问题的常用方法,但现有的附加质量结论无法直接推广到带自由面问题的跨介质过程。针对跨介质过程的时变附加质量问题,提出了一种新的求解方法,研究了不同浸深时某柱体外形跨介质过程中出水阶段和入水阶段的附加质量变化规律。结论表明:出水阶段和入水阶段的附加质量随浸深的变化趋势一致,曲线相似;相同浸深状态时出水阶段和入水阶段的法向附加质量相近,线性特征明显;相同浸深状态时出水阶段和入水阶段的轴向附加质量、附加转动惯量和附加静距差距明显,2个过程不可逆。本文所提出的方法可为各类跨介质结构体设计提供技术支持,也可推广至其他带自由面问题的附加质量求解中。      

燃气动力弹跳机器人在不同地面弹跳能力

燃气动力弹跳机器人具有很强的越障能力,但不同特性地面对其弹跳性能影响较大。针对上述问题,对燃气动力弹跳机器人起跳过程的动力学模型进行理论与试验分析。首先建立了机器人起跳动力学模型,利用Hunt-Crossley模型对机器人脚与地面的作用力进行分析;然后构建试验平台,对模拟硬黏土、草地进行静态、动态力学特性测试,得到相应的力学参数;最后对弹跳机构在刚性地面、模拟硬黏土和模拟草地分别进行弹跳分析与试验。在一定充气压力条件下(丙烷0.01 MPa、一氧化二氮0.21 MPa)燃烧室内燃后压力基本相同(最大压力约3.1 MPa),而弹跳机构(总重为3.55 kg)在刚性地面和硬黏土地面的弹跳高度分别为2.0 m和1.4 m,在草地地面相对充气压力为0 MPa条件下,其弹跳高度为0.1 m。结果表明,机器人在松软的地面较刚性地面弹跳高度较低,且模拟3种地面的弹跳试验结果与分析结果较为吻合。      

翼身融合背撑发动机反推绕流流场数值研究

基于RANS（Reynolds averaged Navier-Stokes）方法,采用SST（shear stress transport）湍流模型和进排气边界条件,对翼身融合背撑发动机反推绕流流场进行了数值模拟,探究得到反推气流动力影响下机体气动载荷的变化规律,并评估了不同发动机功率下反推的增阻效果,以及对进气道流场畸变特性进行了初步的分析。结果表明:反推气流会显著影响机体气动载荷的分布状况,发动机前方的机体表面压力逐渐增大,经过反推出流带后,表面压力急剧减小,沿展向其影响逐渐减弱;在一定范围内,反推气流的轴向折流角越大,对气动载荷分布的影响越剧烈,增阻效果也越好;轴向折流角和来流马赫数的变化会影响进气道流场畸变特性。      

卫星精神定轨与动力测地研究软件系统

本文从软件结构、算法特点及流程和软件功能等方面，对上海天文台卫星精密定轨与动力测地软件ＳＨＯＲＤＥ１程序进行综合介绍，并进一步涉及与该系统相关的一些应用领域。     

两种运动方式的直翼推进器水动力性能比较

针对直翼推进器在不同运动方式下水动力性能的变化,进行直翼推进器的非定常摆动运动方式(VSP)与定常回转运动方式(KBP)的理论研究,分别实现了推进器叶片随公转运动的同时进行匀速自转或变速自转的多叶片耦合运动.结合VSP实际应用的翼型与KBP特殊运动特性决定的翼型进行对比分析,在充分发挥VSP水动力性能的基础上,运用CF...     

涡轮基组合动力技术发展分析

在高超声速推进系统中,涡轮基组合动力装置凭借宽广的飞行范围和良好的比冲性能,成为临近空间飞行器的主要候选动力装置。历经几十年发展,其在关键技术方面取得了诸多突破,目前正向着工程研制方向迈进。通过对国外TBCC动力技术的发展路径、技术特点、研制经验进行系统分析,认为TBCC动力技术研究主要围绕高速涡轮发动机、冲压发动机以及组合循环发动机的技术验证开展。用于TBCC动力的涡轮发动机首选是现有发动机的改进,未来可能在继承涡轮发动机先进技术的基础上,针对高马赫数任务场景等特点进行适应性设计,发展高速涡轮发动机;冲压发动机技术进展显著,但还需向大尺寸方向发展;模态转换技术虽然取得一定突破,但还需深入验证。基于未来临近空间飞行器的需求,立足于现有技术基础和可预见的技术方向,分析提出了TBCC动力技术发展建议：提前开展关键技术预研、基于现有资源发展演示验证平台及进行基于技术发展需求的飞发协同设计。     

阔叶林风场特性及风致动力响应的现场实测研究

强风对于单体树木和森林系统造成的损坏巨大,不可忽视。保障树木风致安全的首要问题是掌握强风下树木-风相互作用特性。特别是,树木的风致响应。基于此,以黑龙江帽儿山森林生态系统国家野外科学观测研究站的落叶阔叶林为研究对象,实测研究了三次强风时段的林间平均风与脉动风特性,分析了林中一棵白桦树的脉动风荷载及风致响应。研究结果表明：树木的扰动作用导致平均风随高度发生偏转,在冠层高度范围以内偏转梯度大,冠层高度以外偏转梯度较小;最大风偏转角度近似为67°。树木的扰动作用增加了冠层内风场的湍流强度,这一影响随着来流风强度的增加而增加。三次强风作用下,树木在脉动风作用下呈现出复杂的随机振动,振动响应的峰值频率与树木自由振动的峰值频率一致,与来流风的脉动风特性无关。阔叶树的机械传递函数的峰值频率与响应功率谱的峰值频率基本一致,树木风致响应的机械传递函数几乎与受迫阻尼谐振子的传递函数相同,这一点与针叶树具有相似的特征。     

多种组合动力方案性能对比研究

针对目前国内外不同的TBCC组合动力概念方案进行了性能对比研究,主要包括:涡轮/亚燃冲压/双模态超燃冲压组合发动机、涡轮/引射冲压/双模超燃冲压组合发动机、射流预冷涡轮/双模态超燃冲压组合发动机和空气涡轮火箭/双模态超燃冲压组合发动机。通过发动机性能计算,获得了不同方案的高度、速度特性;基于马赫数6.5高超声速巡航飞行器相同的飞行任务和气动特性,计算比较了不同动力方案的飞行器航程、巡航距离和加速时间等性能参数。结果表明:涡轮/亚燃冲压/双模态超燃冲压组合发动机在4种方案中比冲最高;在相同的翼载和起飞推重比下,涡轮/亚燃冲压/双模态超燃冲压组合发动机具有最大的航程和巡航距离,但爬升加速时间最长;空气涡轮火箭/双模态超燃冲压组合发动机的航程和巡航距离最短,但加速性能较高,爬升加速时间最短。     

三维超声速混合层内标量混合的大涡模拟

对三维对流马赫数0.62的超声速混合层流动的标量混合进行大涡模拟, 控制方程对流项采用五阶精度的WENO格式求解, 小尺度涡的作用采用一方程LDKM亚格子模型处理, 过滤后的组分方程中的亚格子组分对流通量采用梯度扩散模化.模拟得到了混合层流场大尺度拟序结构以及标量场的演化过程, 研究表明标量混合过程受混合层内涡系演化所控制, 标量场具有明显的三维特征.模拟得到的速度、组分及其脉动的统计时均结果和实验结果相符较好.